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Aufzeichnungen Biogaserzeugung: Glycerin, gefährlich für die Vergärern?

1. Einleitung

Man hört in den letzten Jahren eine Menge Gerüchte und Klatsch über einige Produkte, unter anderem Glycerin und insbesondere nicht raffiniertes Glycerin (preisleistungs Verhältniss ermöglicht den Einsatz in einer Biogasanlage)

Im Jahr 2011 hatten einige Biogasanlagenbetreiber extrem grosse Probleme mit der Zugabe von Glycerin. Diese wurden rücksichtslos in den Rationen eingesetzt. In diesem Artikel erklären wir wie es so weit kommen kann.

Ist Glycerine tatsächlich ein gefährliches Produkt?

  • JA, wenn es rücksichtslos ohne vorbeugende Maßnahmen eingesetzt wird.
  • NEIN, wenn es rational und fachkundig verwendet wird.

Als Ernährungswissenschaftler, sind wir nicht zufrieden mit den unbegründeten Erklärungen über die Fütterung der Vergärer. In diesem Artikel werden wir einige Fragen über Glycerin beantworten:

- Wie wird das Glycerin produziert? Mit anderen Worten, welche anderen Stoffe könnten sich noch im Glycerin befinden die die Biologie schädigen könnten.

- Natriumchlorid (Kochsalz), Natriumacetat? Ab welcher Dosis sind sie gefährlich?

- Verantwortungsvoller Umgang mit Glycerin. Wie funktioniert das? Vereinfachte Ratios wie z.B. das C/N-Verhältnis sind unzureichend um eine vernünftige Rationsberechnung durchführen zu können. Ein Bio-Ingenieur in Ernährungswissenschaft studiert 5 Jahre an der Universität. Was wir damit sagen möchten ist das die berechnung einer ausgewogenen Fütterungsration für eine Biogasanlage mehr Parameter benötigen als ein einfachhes C/N-Verhältnis.

2. Wo findet man Glycerin in der Natur?

Glycerol (der andere Name für Glycerin) ist ein Biomolekül, das in allen Triglyceride (Fette) zu finden ist.
Ein Triglycerid ist aus 1 Molekül Glycerol und drei Fettsäure-Molekülen aufgebaut:

oder

 

Glycerol ist ein tertiärer Alkohol (3-Alkohol-Funktion). Es ist ein Kohlenhydrat (Kohlenhydrate mit 3 Kohlenstoffatomen).

Glycerin ist eine neutrale / schwach saures Molekül in wässrigen Lösungen.


Glycerin enthalten hauptsächlich Glycerol, kann jedoch auch andere Nährstoffe (Natrium, Chlorid, oder Salze der Essigsäure ...) enthalten, gemäß dem verwendeten Verfahren, in der sie freigesetzt werden.

 

Die anderen Komponenten der Triglyceriden (Fette und Öle) sind:

 

Wenn die Oleochemie Öle und Fette behandelt, ist es hauptsächlich, um die Fettsäuren davon zu extrahieren.
Aber hierfür müssen die Fettsäuren getrennt werden. Hiervon ist die Qualität des Glycerins abhängig.

 

Warum sind die Fettsäuren mit Glycerin verestert in lebendigen Zellen von höheren Organismen?
Jede lebende Zelle speichert den größten Teil der Energie in Form von Fett. Der Inhalt der Zelle muss im neutralen pH-Wert bleiben, um weiter bedient zu werden. Aber Fettsäuren, wie ihr Name es schon sagt, sind Säuren. Wenn sie in der Form von Fettsäure gelagert wurden, könnten sie die Zelle durch Ansäuern abtöten. Die Lebewesen lösen dieses Problem durch die Kombination von Fettsäuren mit Glycerol (organische Säuren sind mit Glycerol verestert). Triglyzeride sind neutral im Bereich des pH-Wertes. Für diejenigen, die Kenntnisse der organischen Chemie haben:
alkohol + carboxilisch Säure => Ester + Wasser
Diese reaktion enthält ein neutrales Molekül das die Zellen nicht beschädigt. Diese neutralen Triglyceriden sind die Rohstoffe für die Oleo-Chemie.

3. Produktionsprozess von Glycerin

Wenn man ein industrielles Produkt nutzen möchte (Glycerin, Mayonnaise, Wasser-Stopfen, Klärschlamm...), sollte man sich IMMER an die drei nachfolgenden Schritte halten :

  1. Produktionsprozess genaustens studieren, Zutaten und Betriebstoffe identifizieren. Dies ist nützlich um den Umfang der Analyse zu bestimmen (siehe dritten Schritt).
  2. Was kann schief gehen während des Produktionsprozesses und wie weiß der Produzent hiermit umzugehen (Behandlung mit Schwefelsäure, Soda, Seife, etc. ..)
  3. Analyse: gibt immer die genauen Werte eines Produktes. Für jedes Produkt das dem Fermenter zugefügt wird, muss Standardgemäss die Weenderanalyse durchgeführt werden. Weiter könnte man auch alle erdenklichen Analyseparameter durchführen. Aber das wäre zu Zeit- und kostenintensif. Mit den ersten beiden Schritten können Sie bereits die notwendigen Analyseparameter genauestens eingrenzen.

 

3.1 Transesterung (Biodiesel-Industrie)

Wir haben gerade erfahren, dass Öle und Fette aus Glycerol und Fettsäuren bestehen.

Technisch kann ein Dieselmotor auf Triglyceriden (Fette und Öle) laufen. Es gibt Gründe, warum dies nicht der Fall ist:

- Triglyceride sind nicht sehr flüchtig.

- die Viskosität von Triglyceriden variiert stark mit der Temperatur. Diese können auch bei kühleren Temperaturen erstarren

In der Biodiesel-Industrie wird daher eine Umesterung durchgeführt. Wie das Wort zeigt, tauscht die Umesterung der Fettsäuren den einen Ester (= Triglycerid=Triacylglycerol) gegen einen anderen Ester (Methylester oder Ethylester = Biodiesel). Dieses geschiet in einem einzigen Schritt.

Die Umesterungsreaktion erfordert die Anwesenheit eines alkalischen Katalysators. Normalerweise verwendet man Natronlauge (NaOH = Natriumhydroxid), denn dies ist eine kostengünstige starke Basis.

Man fügt alle Reaktanten in einen Reaktor zusammen: Methanol (oder Ethanol), Triglycerid (Öl) und Natriumhydroxid. Die Umsetzung erfolgt bei Raumtemperatur, aber zur Beschleunigung wird die Mischung erwärmt auf 50 ° C. Die Umesterung erfolgt, drei Phasen entstehen in dem Reaktor:

- Ober phase: Der Biodiesel (Methyl-oder Ethylester)

- mittlere Phase: ein Gemisch aus Methanol, Wasser, Glycerin, Natriumhydroxid und Methylester

- untere Phase: Glycerin

Die Phasen werden getrennt (Dekantieren und / oder Zentrifugation). Soda und Glycerin sind beide wasserlösslich. Darum vermischen sich Glycerin und Natriumhydroxid.
Da die Glycerin + NaOH sehr alkalisch ist, werden diese neutralisiert durch eine Säure.
Im Prinzip kann jede Säure verwendet werden, aber in der Praxis wird in der Regel Salzsäure (HCl) verwendet. Dies ergibt somit ein Glycerin-Lösung, welche die folgenden Nährstoffe enthält:

- Glycerin

- Wasser (kein Problem)

- Natriumchlorid (NaCl = Kochsalz)

Wenn man diese Art von Glycerin verwendet, muss man natürlich auf das Natrium und Chloriden auf passen. Sonst vergiftet man die Biologie des Vergärers. Die Formulierung muss auch unter Berücksichtigung des gesamten Trockenstoffes der Ration erfolgen. Je höher der Trockenstoffgehalt, desto weniger Gärrestspülung findet statt. Das Risico von Natrium und Chlorid-Vergiftung steigt.


Einige Biodieselerzeuger verwenden Essigsäure anstatt Salzsäure (um Chloride Angriff auf Edelstahl zu vermeiden). Man bekommt dann die volgende Glycerinlösung:

- Glycerin

- Wasser

- Natriumacetat

 

Rationsformulierung; die Chloridevergiftungsgefahr besteht nicht. Acetat ist kein Problem, da es der Nährstoff für Methanogene Bakterien ist. Natrium, ist der Parameter den man im Auge behalten müsste.

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Wichtige Begriffe auf dieser Seite sind: Biogas-Labor, Verband der Ernährungswissenschaftler, anaerobe Vergärer, kinetische und Biogas Potenzial

aktualisiert: 26-Mar-2012