Gewinnung von adsorptiven Produkten aus Maisreststoffen

Status

abgeschlossen

Adsorptive Produkte aus Maisreststoffen - Ausgangslage und Motivation

Die Maispflanze als wichtige Kulturpflanze hat insbesondere in Ostösterreich eine weite Verbreitung. Neben der Körnerernte besitzt die Maispflanze Elemente, die besondere Strukturen besitzen und dadurch für eine Nutzung als nachwachsender Rohstoff besonders interessant sind. Die heute als Ernterückstände (Blätter, Stängel und Maisspindeln) am Feld hinterlassenen Reststoffe besitzen ein durchaus beachtliches Volumen: so blieben im Jahr 2000 allein in der Steiermark ca. 500.000 Tonnen ungenutzt am Feld liegen. Diese Ernterückstände stellen aber eine wertvolle, bisher ungenutzte Quelle zur Herstellung verschiedener Produkte dar und erscheinen mengenmäßig wie auch der Qualität nach außerordentlich interessant. Als erster Schritt wird in diesem Projekt des KORNBEGR INSTITUTES gemeinsame mit dem Industriepartner Biodiesel International Anlagenbau GmbH versucht, die Maisspindel einer ihrer natürlichen Struktur entsprechenden Verwertung zuzuführen.

Adsorptive Produkte aus Maisreststoffen - Inhalt und Ziele des Projekts

Das Projekt Adsorbens aus Maisreststoffen hat das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln und zu erproben, welches es ermöglicht, aus Maiskolben, die bei der Ernte von Körnermais als Nebenprodukt anfallen, Produkte mit adsorptiven Eigenschaften herzustellen. Diese Produkte sollen dabei für folgende Einsatzbereiche optimiert werden:

• Verwendung als Ölbindemittel auf festen Untergrund im Katastrophen und Umweltschutz und in der Reinigung von verschmutzten Böden (Werkstätten etc.)
• Verwendung als Ölbindemittel für Gewässer, ebenfalls im Katastrophen- und Umweltschutz
• Verwendung als Tierhygienematerial (Katzenstreu, etc.)

Die Entwicklung dieses Verfahrens erfolgt vor dem Hintergrund einer weitreichenderen Zielsetzung. Durch die Verwertung von agrarischen Reststoffen soll einerseits die Möglichkeit zur Entwicklung einer dezentralen Prozessindustrie mit hoher Wertschöpfung geboten werden. Dies soll für viele Regionen Österreichs neue wirtschaftliche Chancen eröffnen. Andererseits soll durch die Verwertung von Reststoffen aus der Landwirtschaft den Bauern ein Zusatzeinkommen erschlossen werden. Schließlich soll mit der Entwicklung dieses Verfahrens eine Möglichkeit zur Herstellung von naturnahen, nachhaltig einsetzbaren Produkten in einem ökologisch sensitiven Bereich (dem Katastrophenschutz) geschaffen werden.

Methode der Bearbeitung und verwendete Daten

Nach erfolgter Produktauswahl, aus den möglichen Produkten auf Basis von gemahlenen Maisspindeln, werden in diesem Projekt Produktionsverfahren erforscht und Produkterprobungen durchgeführt. Die Auswahl der Produkte wurde dabei nach den Gesichtspunkten (1) rasche technische Durchführbarkeit der Herstellungsverfahren, (2) ausreichend großer Marktchancen und (3) des größtmöglichen ökologischen Nutzens der Produkte durchgeführt.

Das Projekt gliedert sich methodisch in zwei Phasen (A) die Prozessentwicklungsphase und (B) die Produkterprobungsphase. Im Rahmen der Prozessentwicklungsphase werden die vorliegenden Erfahrungen auf dem Gebiet der Herstellung von Maiskolbengranulat technisch ausgewertet und auf die Bedürfnisse der Herstellung der drei Produktklassen hin adaptiert. Schließlich werden ein technischer Vorschlag für eine Maiskolben-Aufarbeitungsanlage, bestehend aus Aufbereitung, Mahlung und mechanischer Trennung erarbeitet. Dieser technische Vorschlag wurde in einer Pilotanlage umgesetzt, wobei diese Anlage einerseits so flexibel ausgelegt ist, dass Feinjustierungen in den Produktqualitäten (Korngrößen, Verteilung der Korngrößen, etc.) noch vorgenommen werden können. Gleichzeitig werden in dieser Phase Laborversuche durchgeführt, die zur Bestimmung der wichtigsten Parameter der Produkte genutzt werden. Dies inkludiert die Bestimmung der Aufnahmefähigkeit für Öl und andere Schadstoffe als Funktion der Korngrößen und der Feuchtigkeit des Ausgangsstoffes, der optimalen Korngröße für Ölabscheidung in wässrigen Systemen etc. Am Ende der Prozessentwicklungsphase wurde die Pilotanlage errichtet und ein detaillierter Versuchsplan für den Betrieb dieser Pilotanlage zur Herstellung ausreichender Mengen zur Erprobung der Produkte erstellt.

In der Produkterprobungsphase wurden in der Pilotanlage ausreichende Mengen an Produkten erzeugt, um eine detaillierte Prüfung der Produkteigenschaften zu ermöglichen. Dazu wurde mit Nutzern der Produkte zusammengearbeitet, um neben den Tests im Labormaßstab auch ausreichend praktische Erfahrung zu sammeln. Diese Erfahrungen wurden ausgewertet und für die Weiterentwicklung der Produkte verwendet. Neben den Eigenschaften der Produkte in ihrer primären Anwendung umfasst diese Phase auch die Untersuchung der optimalen Entsorgung der Produkte nach Gebrauch. Weiters wird in dieser Phase die Qualitätssicherung für die Produkte untersucht. Dies betrifft einerseits die Sicherung der Wirksamkeit der Produkte in der Anwendung im Bereich des Katastrophen- und Umweltschutz. Andererseits betrifft es die Konstanz in Wirkung und äußerer Erscheinung für die Produkte im Bereich der Tierhygiene. Am Ende der Produkterprobungsphase stehen ein Verfahren zur (kombinierten) Herstellung von Ölbindemittel und Tierhygiene-Produkten aus Maiskolben, eine funktionierende Pilotanlage, eine Wirtschaftlichkeitsberechung des Prozesses für eine 3.000 jato Anlage sowie in der Praxis nachgefragte Produkte.

Ergebnisse

In diesem Projekt wurde die außergewöhnliche strukturelle Qualität der Maisspindel in Hinsicht auf Adsorption bestätigt. Auf Grund der ausgezeichneten Saugfähigkeit des Maisspindelgranulates eignen sich sämtliche Produkte als Adsorptionsmaterial für unterschiedlichste Medien (wie Wasser, Öl, Geruchs/Farbstoffe oder Kationen). Maiskolbenprodukte sind inert, untoxisch und können somit relativ unproblematisch entsorgt werden, abhängig davon mit welchen Stoffen adsorptiv beladen wurde. Es wurde ein wirtschaftliches Verfahren entwickelt und als Pilotanlage (Durchsatz ca. 40kg Rohstoffe pro Stunde) aufgebaut, dass Maisgranulat für unterschiedliche Anwendungszwecke herstellen kann. Dabei ist die kombinierte Herstellung von Ölbindemittel und Hygienematerial (für den Einsatz z.B. als Kleintierstreu) mittels Schneidmühle und Sichtanlage als zentrale Prozessschritte am profitabelsten. Bei einer dezentralen Anlage mit 3.000 Jahrestonnen Produktion und guter Auslastung muss der Abgabepreis für Ölbindemittel über 60 Cent und für Hygienematerial über 30 Cent pro Kilogramm liegen (ohne Vertrieb). Im Marktvergleich sind diese Preise erzielbar. Unter praktischen Bedingungen konnte nachgewiesen werden, dass adsorptives Maisgranulat zur

• Verwendung als Ölbindemittel auf festem Untergrund im Katastrophen und Umweltschutz und in der Reinigung von verschmutzten Böden (Werkstätten etc.) gut geeignet ist (Granulatfraktion 0,3 bis 2mm, Ölbindemittel Typ III R, Adsorptionsfähigkeit 0,70 bis 0,9 kg Öl pro kg Granulat)
• Verwendung als Ölbindemittel für Gewässer, ebenfalls im Katastrophen- und Umweltschutz, nicht geeignet ist, da mit keinem Hydrophobierverfahren die geforderte Schwimmfähigkeit (vgl. Typ I/II R) erreicht werden konnte
• Verwendung als Tierhygiene-Material (Katzenstreu, etc.) sehr gut geeignet ist (Granulatfraktion z.B. Kleinnager 2 bis 3,5mm oder Katzen 3,5 bis 8mm; Adsorptionsfähigkeit ca. 1,0 bis 1,3 kg Wasser pro kg Granulat)

Schlussfolgerungen

Die Nutzung der Maiserntereste eröffnet auf einigen Ebenen wirtschaftliche Chancen. Für innovative landwirtschaftliche Betriebe bewirkt die Spindelnutzung ein Zusatzeinkommen von +22% zur Körnermaisernte. Der ländliche Raum kann durch dezentrale Verarbeitungsbetriebe wirtschaftlich gestärkt werden (bei einer 3.000 jato Anlage 1,4 Mio. € im Jahr Wertschöpfung), eine kleinräumige Prozessindustrie entwickeln und die Basis nachhaltiger Technologien zur langfristigen Nutzung vorhandener Rohstoffe legen. Die Nutzung von Maisreststoffen hat nach wie vor interessante aber unterentwickelte Anwendungsgebiete, die in tiefergehenden Projekten weiterentwickelt werden sollten. Dazu zählen die Feststofffermentation des Strohs, Spezialanwendungen von Spindelgranulat (Reinigung, Trägerstoff, Immobilisierung - z.B. von Lipasen) und die Produktion von Formteilen. Das Arbeiten mit NAWARO-Systemen erfordert ein anderes Denken durch Multiprodukt- und -rohstoffanlagen, wo heute auf betrieblicher Ebene nach wie vor die größten Defizite liegen. Im Sinne der Programmlinie "Fabrik der Zukunft" stellt die Technologie zur Herstellung von Ölbindern und Hygienematerial den Basisprozess für weitere innovative Nutzungen von Maisreststoffen dar. Die konsequente Weiterentwickeln von Kompetenz in dieser Linie wird zur wirtschaftlichen Umsetzung dieser dezentralen Technologie zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe führen.

Projektleiter:
Dipl.-Ing.Dr. Christian Krotscheck
Kornberg Institut für nachhaltige Regionalentwicklung und angewandte Forschung
Steirisches Vulkanland Regionalentwicklung GmbH

Partner:

Univ.-Prof. Dr. Martin Mittelbach
Institut für Chemie, Universität Graz; Arbeitsgruppe Nachwachsende Rohstoffe

Univ.-Prof.DI.Dr. Gerhart Braunegg
Institut für Biotechnologie, TU Graz

Kooperationspartner
Wirtschaft:
Dipl.-Ing. Dr. Edgar Ahn
BDI Anlagenbau GmbH

Kooperationspartner
Wissenschaft:

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Michael Narodoslawsky
Institut für Grundlagen der Verfahrens- und Anlagentechnik, TU Graz

Kontakt

Dipl.-Ing.Dr. Christian Krotscheck
Kornberg Institut für nachhaltige Regionalentwicklung und angewandte Forschung
Steirisches Vulkanland Regionalentwicklung GmbH
Haus der Region, Dörfl 2
A 8330 Feldbach
Tel.: +43 3152 83 80-23
Fax: +43 3152 83 80-4
E-Mail: krotscheck@vulkanland.at