Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bio-adsorber aus Brauereireststoffen zur Schwermetallionenabtrennung

Das Projektziel ist die ökologisch nachhaltige und energieeffiziente Nutzbarmachung der Reststoffe „Biertreber und Bierhefe“ als Adsorbens zur Entfernung von Eisen-, Sulfat-, Zink- und Manganionen aus Grund- und Oberflächenwässern. Als aktuelles Beispiel dient die Spree, deren Verockerung die Natur und Wirtschaft im Einzugsgebiet gefährdet. In umfangreichen Adsorptionsversuchen wird zudem das Spektrum an Testionen ausgedehnt, um ein weites Anwendungsfeld zu erschließen.

Wirksame Biosorbentien werden aus den genannten Reststoffen durch gezielte Wasch- und Trocknungsverfahren hergestellt. Die dabei anfallenden Nebenprodukte (z. B. Waschwasser) sowie die erschöpften Biosorbentien werden durch innovative Recyclingverfahren ganzheitlich genutzt. Umfangreiche Pilotfilterversuche sollen die Leistungsfähigkeit der neuen Filtermaterialien bei maximaler Materialausnutzung demonstrieren.

Die Ressourceneffizienz von Wasseraufbereitungsprozessen wird durch die gezielte Wiederverwendung von Reststoffen aus der Lebensmittelindustrie erhöht. Die Projektergebnisse zeigen dieser Branche einen ganzheitlichen, von der Landwirtschaft unabhängigen und lukrativen Entsorgungsweg ihrer Reststoffe auf. Durch ihre hohe Verfügbarkeit und die biologische Abbaubarkeit stellen reststoffbasierte Adsorbentien umweltfreundliche Alternativen zu synthetischen Filtermitteln dar.

Einerseits liegt so der Nutzen für KMU in der Wasseraufbereitung und Gewässersanierung in der Erweiterung ihres Produktportfolios an umweltverträglichen Biosorbentien, da der wirtschaftliche und der verfahrenstechnische Aufwand zur Herstellung der Filtermaterialien sehr gering ist und wesentliche Infrastruktur zur Aufreinigung der Materialien bereits vorhanden ist. Im Anschluss an dieses Projekt können daher zügig neue Produktlinien generiert werden. Andererseits werden den reststoffproduzierenden Betrieben ökonomische und ökologische Verwertungsalternativen aufgezeigt.

Ergebniszusammenfassung:

Treber wurde erstmalig ohne Verwendung von organischen Lösungsmitteln verestert und dadurch dessen Eigenschaften hinsichtlich der Mangan(II)- und Methylenblauadsorption erheblich gesteigert. Des Weiteren konnten die Einflussgrößen der Reaktion identifiziert und mittels statistischer Versuchsplanung systematisch optimiert werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse leisten einen wertvollen Beitrag zum Verständnis von Veresterungen an komplexen, Lignocellulose-basierten Matrizes.

Verschiedene Reaktionsansätze wurden hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit und der Ausbeute iterativ optimiert. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine mechanochemische Modifikation in einem Kugelmühlenreaktor konzipiert und ein solches Reaktionssystem konstruiert. Das System bietet das Potential, die Modifikation als „Eintopfverfahren“ in der Feststoffphase zu realisieren und somit Energie, Verfahrensschritte und Reaktanden einzusparen.

Aus den eruierten Rahmenbedingungen für die Produkteigenschaften des Rohmaterials wurde ein Konzept zur Aufreinigung erstellt, in welchem residuale Störstoffe des Trebers mittels Heißwasserextraktion entfernt und die Phasen konsekutiv in einer Dekanterzentrifuge separiert werden. Das Kombinationsverfahren zeigt hohes Potential zur Aufreinigung und Fest/Flüssig-Trennung. Durch den geringen Apparateaufwand ist eine Integration in den Brauereibetrieb möglich.