DOSSIER: Glycerine in de anaërobe vergisting

1. Inleiding

Men hoort de laatste jaren een hoop geruchten en geroddel over sommige bijproducten, o.a. glycerines en meer bepaaald ongeraffineerde glycerines (de enige waarvan de prijs aanvaardbaar is voor de vergistingssector).

Uiteraard zijn een aantal vergisters met glycerines onlangs (2011) tegen de muur gelopen. Zijn de glycerines daarvoor slechte/gevaarlijke producten?

• JA wanneer ze wild ingezet worden zonder voorzorg maatregelen.
• NEE wanneer ze rationeel en voedingskundig worden gebruikt

Deze werden een beetje wild ingezet in de rantsoenen. In dit artikel geven wij antwoord op wat er is gebeurd.

Als nutritionnisten zijn wij niet tevreden met niet ondersteunde uitleg over één of ander product. In dit artikel geven wij een aantal antwoorden:

- Hoe worden de glycerines geproduceerd? M.a.w. welke andere nutriënten dan glycerol zouden wij kunnen vinden in die glycerines die de werking van een vergister kunnen schaden?

- Natrium chloride (zout) of natriumacetaat? uit ten boze? Vanaf welke dosis?

- Verantwoord gebruik van glycerines. Hoe gaat men te werk? C/N verhouding en dergelijke vereenvoudigde ratio's zijn totaal onvoldoende om een goed rantsoen op te stellen. Een bioingenieur nutritionist studeert 5 jaar aan de universiteit. Dit geeft toch wel het idee dat een goed en secuur rantsoen iets complexer is dan een C/N verhouding.

2. Waar vindt men glycerine in de natuur?

Glycerol (de andere naam voor glycerine) is een biomolecule die men terugvindt in alle triglyceriden (oliën en vetten).

Een triglyceride is gebouwd uit 1 molecule glycerol en drie vetzuurmoleculen:

of

Glycerol is een tertiair alcohol (3 alcohol functies). Het is een koolhydraat (koolhydraat met 3 koolstof atomen). Glycerol is een neutrale/zwak zure molecule in waterige oplossingen. Glycerines bevatten voornamelijk glycerol maar kunnen evenwel andere nutriënten bevatten (natrium, chloriden, azijnzuur of zouten...) volgens het toegepaste procedé waarbij ze vrijkomen.

Het andere component van vetten en oliën zijn vetzuren:

Wanneer de oleochemische industrie oliën en vetten behandelen is het meestal om de vetzuren ervan te extraheren. Maar hiervoor moet men de vetzuren kunnen afzonderen. Hiervan zal de kwaliteit van de glycerine afhangen.

Waarom zijn de vetzuren veresterd met glycerol in levende cellen van hogere organismen?

Elke levende cel slaat het grootste gedeelte van de energie op in de vorm van vetten. De inhoud van de cel moet op neutraal pH blijven om te kunnen werken. Maar vetzuren, zoals hun naam het voorstelt, zijn zuren die de cel zouden doden door verzuring indien ze dusdanig waren opgeslaan. De levende wezens lossen dit op door de vetzuren te combineren met glycerol (vetzuren worden biologisch veresterd met glycerol). Triglyceriden zijn neutraal op het gebied van het pH. Voor diegenen die een beetje thuis zijn in organische scheikunde:

alcohol + carboxilisch zuur => ester + water

Wanneer men aan olie en vetwinning doet verkrijgt men steeds triglyceriden. Daar zit het hem, de oleochemische industrie heeft hoofdzakelijk vetzuren nodig en niet triglyceriden. Glycerines zijn een bijproduct van dit type industrie. Dit brengt ons tot de verschillende procedé's waarbij glycerine vrij komt.

3. Productieprocédé's van glycerine

Wanneer men een industrieel product wil gaan gebruiken moet men steeds dezelfde stappen zetten, dat het nu om glycerine, mayonnaise, waterstoppen, slibs... gaat:

1. Productieprocédé overlopen, ingrediëneten en gebruikte hulpstoffen identificeren. Hiermee kan men reeds vroegtijdig de nodige analysen van de derde stap bepalen.
2. Wat kan er mislopen tijdens het productieprocédé en hoe verhelpt de industrieel dit (behandeling met zwavelzuur, soda, zepen enz...)
3. Analyse: dit is een stap dat nooit liegt over een product. Alle mogelijke analyses uitvoeren zou een peperdure oplossing zijn die de twee eerste stappen onnodig zou maken. Met de twee eerste stappen kan men reeds de belangrijke nodige extra-analyseparameters bepalen. Verder moet voor elk product dat in de biologie van de vergister belandt de standard voedingskundige ontledingen laten uitvoeren.

Laat ons deze reeks stappen zetten voor de glycerines:

3.1 Transesterificatie (biodieselindustrie)

Wij hebben zojuist gezien dat oliën en vetten esters zijn van glycerol en vetzuren.

Technisch gezien kan men een diesel motor laten functionneren met triglyceriden. Er bestaan redenen waardoor dit niet is aangewzen:

• triglyceriden zijn niet erg vluchtig.
• de viscositeit van triglyceriden varieert sterk met de temperatuur. Deze kunnen zelfs stollen op koudere temperaturen

In de biodieselindustrie gaat men dus een transesterificatie uitvoeren. Zoals het woord het laat gissen is transesterificatie het verplaatsen van de vetzuren van de eene ester (triacylglycerol = triglyceride) naar een andere ester (methylester of een ethylester = biodiesel), en dit in één stap.

De transesterificatiereactie vereist de aanwezigheid van een alkalische katalysator. Meestal gebruikt men caustic soda (=natriumhydroxyde=NaOH) omdat deze een goedkope sterke base is.

Men plaatst dus alle reagentia in een reactor: methanol (of ethanol), triglyceriden (olie), en natriumhydroxyde. De reactie vindt plaats op kamertemperatuur maar om deze te versnellen warmt men het mengsel op 50°C. De transesterificatie vindt plaats en men verkrijgt 3 fasen in de reactor:

• bovenfase: de biodiesel (methyl of ethylester)
• middenfase: een mengsel methanol, water, glycerine, natriumhydroxide en methylesters
• onderste fase: glycerol

Gezien glycerol oplosbaar is in water en soda evenwel, is de glycerine gemengd met natrium hydroxide.

De fasen worden gescheiden (decantatie en/of centrifugatie).

Omdat de glycerine + NaOH zeer alkalisch is gaat men deze neutralizeren met een zuur. In principe kan elk zuur worden gebruikt maar in de praktijk gebruikt men meestal zoutzuur (HCl). Dit geeft dus een glycerineoplossing die volgende nutriënten bevat:

• glycerine
• water (geen probleem)
• Natriumchloride (NaCl = tafelzout)

Als men dit type glycerine gebruikt moet men uiteraard opletten voor natrium en chloriden. Anders vergiftigt men de biologie van de vergister. Bij het formuleren moet men ook rekening houden met de totale drogestof van het voedingsrantsoen (hoe hoger, hoe minder doorspoeling, hoe gevaarlijker).

Soms gebruikt men azijnzuur ipv zoutzuur (chloriden tasten roestvrijstaal aan). Dan verkrijgt men in de glycerineoplossing:

• glycerine
• water
• natriumacetaat

Voor de rantsoenformulering vallen de chloriden weg. Acetaat geeft geen problemen omdat deze direct voedsel is voor de methanogenen en verdwijnt uit de vergister. Natrium blijft de parameter dat men in het oog moet houden.

Volgende pagina (2)...>>