Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neue Nutzungswege für chromgegerbte Lederreste durch eine aus Proteinextraktion, Chrom-Rückgewinnung und Biogas-Produktion

Für die Gerberei- und Lederindustrie stellt die Abfallproblematik eine zunehmende Herausforderung dar. Allein in den wichtigsten europäischen Ländern fallen jährlich rund 200 Mio t. feste und flüssige Abfälle an. Insbesondere bei den chrombelasteten Abfallströmen sind die Entsorgungskosten in den letzten Jahren drastisch gestiegen, mit entsprechenden Belastungen für die mittelständisch geprägte Industrie. Die Etablierung neuer Recyclingverfahren und die stofflich/energetische Nutzung organischer Reststoffe sind daher von zentraler Bedeutung für die Branche.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens für das Recycling von chromgegerbten Lederresten. Im Fokus stehen die Rückgewinnung des enthaltenen Chroms für die Gerbung und die Nutzung des energetischen Potenzials der Biomasse zur Senkung der Energiekosten. Hierzu erfolgt eine Abtrennung des Chromanteils in eine flüssige Phase durch eine optimierte thermochemische Behandlung des Lederabfalls. Das Chrom wird anschließend mittels eines selektiven Membranverfahrens aus der flüssigen Phase extrahiert und kann erneut als Gerbchemikalie eingesetzt werden. Der aus der thermochemischen Lederbehandlung gewonnene chromfreie Feststoff wird als Einsatzstoff für eine Biogasproduktion sowie als Stickstoff- und Proteinquelle für biotechnologische Anwendungen genutzt.

Die Verfahrensentwicklungen können die Wettbewerbsfähigkeit von KMU in verschiedenen Branchen steigern. Die Gerberei- und Lederindustrie profitiert von der Etablierung nachhaltiger Recyclingkonzepte sowie sinkenden Entsorgungs- und Betriebskosten durch die energetische und stoffliche Verwertung der Produktionsabfälle. Von den technischen Entwicklungen können Unternehmen aus den Bereichen thermische Verfahrenstechnik, Biogasproduktion und Abwasserbehandlung profitieren. Diese, insbesondere in Deutschland stark vertretenden Branchen, sind einerseits mittelständisch geprägt und gleichzeitig durch eine hohe Exportquote ins Ausland gekennzeichnet.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde ein Aufschlussverfahren entwickelt, um chromgegerbte Lederreste thermisch zu desintegrieren und sie für eine Biogaserzeugung verfügbar zu machen, sowie gleichzeitig das Chrom von den organischen Bestandteilen zu trennen. Im Temperaturbereich zwischen 140 und 160 °C bei Zugabe von NaOH konnte ein umfassender Aufschluss der Lederproben nachgewiesen werden. Durch die alkalischen Bedingungen fällt das Chrom aus und mehr als 99 % gehen in die feste Phase über, während die flüssige organische Phase nahezu chromfrei ist. Durch weitere Prozessoptimierungen konnte eine effektive Trennung von Chrom und organischen Stoffen auch im Temperaturbereich zwischen 120 und 130 °C erreicht werden. Die chromfreien flüssigen Fraktionen aus der thermochemischen Behandlung waren als Ausgangsmaterial für die Biogasproduktion sehr gut geeignet. Fermentationsversuche ergaben spezifische Biogaserträge von 450 bis 520 Nl/kg oTM. Durch die thermische Behandlung erhöht sich das spezifische Biogaspotenzial der Lederreste um etwa den Faktor 10 und der organische Anteil der Lederreste wurde bei der anaeroben Vergärung zu ca. 70 % abgebaut. Ausgehend von den ermittelten absoluten Gaserträgen können unter optimierten Bedingungen aus einer Tonne Lederresten ca. 120 m3 Methan gewonnen werden. Der Gärrest ist grundsätzlich als landwirtschaftlicher Dünger verwendbar und weist einen hohen Gehalt an leicht verfügbarem Stickstoff auf. Der nach der thermochemischen Behandlung abgetrennte Chromanteil konnte durch Behandlung mit Schwefelsäure zurückgewonnen werden. Gerbversuche zeigten, dass das resultierende Chromsulfat wieder als Gerbstoff verwendet werden kann. Auf Basis der Ergebnisse und der Prozessbewertung ergeben sich mittelfristig gute Perspektiven für die Implementierung der Technologie in die Praxis. Hiervon können sowohl KMUs aus den Bereichen der Lederproduktion als auch Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus und der Biogasproduktion profitieren.