Maisgranulat zur Immobilisierung von Lipasen

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.

Projektleiter

Univ.-Prof. Dr. Martin Mittelbach
Institut für Chemie, Karl Franzens Universität Graz

Heinrichstraße 28, A-8010 Graz
Tel.: +43 (0)316 380-5353
Fax: +43 (0)316 380695353
E-Mail: martin.mittelbach@uni-graz.at