Maisgranulat zur Immobilisierung von Lipasen
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuen Methode zur Herstellung von Biodiesel und ähnlicher Verbindungen. Durch heterogene, enzymatische Katalyse ist es möglich, die Nachteile der herkömmlichen Biodieselproduktion auszuschließen. Lipasen werden, um das Preis-Leistungsverhältnis des Prozesses zu verbessern, auf unlöslichem Trägermaterial immobilisiert. Als neues Trägermaterial wird der kostengünstige und leicht zugängliche nachwachsende Rohstoff Maiskolbengranulat verwendet. Das Ziel des Projektes ist es, ein ökonomisches, gut funktionierendes, industriell anwendbares Verfahren für die Produktion von Estern niederer und höherer Alkohole zu entwickeln.
Title and Synopsis
Immobilization of Lipases on Corn Cob Granulate - New Key Technology for Biodiesel Production
The main objective of the project is to improve the method for producing biodiesel or similar products by enzymatic catalysis. Enzymatic methods may overcome the drawbacks of the conventional biodiesel production. In order to use the enzyme catalyst repeatedly and to improve the cost benefit ratio of the process immobilization technology must be carried out by appropriate methods. The aim within this project is to substitute the commonly used high-priced complex polymer carrier by a low-cost vegetable by-product such as corn cob. The objective is to find a method to catalyze the production of fatty acid methyl esters by corn cob immobilized lipases which can be used in industrial scale.
Beschreibung
Status
abgeschlossen
Kurzfassung
Klassische Methoden zur Herstellung von Fettsäuremethylestern (Biodiesel) verwenden vornehmlich Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid als Katalysatoren, die im Anschluss neutralisiert werden müssen und so große Mengen an Salze bilden, die zu entsorgen sind. Derzeit gibt es für die Produktion von Estern höherer Alkohole nur schlecht funktionierende klassische Methoden, die zusätzlich große Probleme mit Abfallstoffen mit sich bringen. Im Rahmen des Projekts wurden Biokatalysatoren, und zwar Lipasen, für die Veresterungs- und Umesterungsreaktionen mit Fettsäuren und Pflanzenölen eingesetzt. Um den hohen Preis der Enzyme zu kompensieren, wurden Methoden entwickelt ausgewählte Lipasen auf einem nachwachsenden Rohstoff, nämlich Maiskolbengranulat, zu immobilisieren, um die Lipasen leichter abtrennen und wiederholt einsetzen zu können.
Aus 21 käuflich erwerbbaren Lipasen wurden drei ausgewählt, mit denen Immobilisierungsversuche an Maiskolbengranulat durchgeführt wurden. Die mit der optimierten Immobilisierungsmethode hergestellten Katalysatoren wurden sowohl im Batch-Betrieb, als auch in einer kontinuierlichen Apparatur in zahlreichen Einzelversuchen für Ver- und Umesterungen eingesetzt. Dabei wurden die Abhängigkeiten von den Reaktionsparametern wie Zeit, Temperatur und Molverhältnissen, sowie die Standzeiten bei wiederholtem Einsatz untersucht. Es zeigte sich, dass die immobilisierten Enzyme sich sehr gut für alle untersuchten Alkohole eignen und hohe Umsatzraten zu erreichen sind, jedoch eine Abtrennung des gebildeten Glycerins notwendig ist.
Die ökologische Bewertung mittels SPI-Index (Sustainable Process Index) zeigte, dass das neue Verfahren signifikante Vorteile gegenüber klassischen Methoden bietet. Mittels Wirtschaftlichkeitsberechnung wurden Preise bzw. Standzeiten für die immobilisierten Lipasen entwickelt, bei denen eine wirtschaftliche Umsetzung des neu entwickelten Verfahrens möglich ist. Der neu entwickelte Prozess der Biodiesel-Erzeugung unter Nutzung immobilisierter Lipasen auf dem nachwachsenden Rohstoff Maiskolbengranulat zeigt durchwegs gute Chancen bereits in naher Zukunft auch wirtschaftlich gegenüber herkömmlichen Verfahren konkurrenzfähig zu sein.
Projektbeteiligte
Projektleiter
Univ.-Prof. Dr. Martin Mittelbach
Institut für Chemie, Karl Franzens Universität Graz
Publikationen
Maisgranulat zur Immobilisierung von Lipasen
Schriftenreihe 38/2006
M. Mittelbach, C. Krotscheck et al.
Deutsch, 147 Seiten, vergriffen
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