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ePaper created 2017-03-14, 09:55:24 | version 1.49.03
UMWELT UND ENERGIE 1 (cid:20) (cid:375)m EINSATZ VON MEMBRANEN ZUR AUFAR- BEITUNG VON BIOBUTANOL MITTELS OSMOSE Chris topher Hänel, T homas S chies tel Bedarf: energieoptimierte Aufarbeitung Langfristig wird es unumgänglich sein, fossile Kraftstoffe durch erneuerbare Energieträger zu ersetzten. Der Durch- bruch der Biokraftstoffe ist neben den ökonomischen Faktoren von den CO2- und Energiebilanzen abhängig. Diese müssen für fermentativ hergestellte Kraftstoffe der zweiten Generation wie Butanol noch deutlich verbessert werden, damit sie wettbewerbsfähig und umweltverträglich sind [1]. Das Downstream Processing ist dabei ein energie- und damit kostenintensiver Schritt. Durch den kombinierten Einsatz eines optimierten Gasstrip- pings und eines osmosegetriebenen Membranverfahrens soll ein Prozess entwickelt werden, der eine Entwässerung des Produktstromes mit deutlich verringertem Energieaufwand erlaubt. Für die Aufarbeitung von Ethanol wurde der Einsatz der Vorwärtsosmose bereits beschrieben [2]. Für Butanol sind bisher keine Arbeiten bekannt, wobei in diesem Fall nur eine Aufkonzentrierung auf 7,3 Gewichtsprozent notwendig wäre, da dann eine Phasenseparation auftritt. Neue Vorwärtsosmose-Membranen In dem Verbundprojekt »Innovative Verfahrenskombination zum Downstream Processing von Biobutanol« war es die Aufgabe des Fraunhofer IGB, geeignete Membranen und ein Membranverfahren für die Aufkonzentrierung von Biobutanol zu entwickeln. Hierzu wurden verschiedene kommerzielle Umkehrosmose-Membranen und eigene Membranen für die Vorwärtsosmose (Forward Osmosis, FO), sowohl auf Cellulose- acetat-Basis (CA) als auch Thin-Film-Composite-Membranen (TFC), getestet [3 – 5]. Die Membranen wurden hinsichtlich ih- rer Wasserpermeation sowie des Butanol- und Salz-Rückhalts 1 0 0 untersucht. Die Feed-Lösung war dabei eine wässrige Butanol- lösung mit 5,7 Gewichtsprozent. Als Ziehlösung wurde eine wässrige NaCl-Lösung mit einer Konzentration von 300 g / L NaCl eingesetzt. Beste Trennleistung Die CA-Membran wurde in ein Gewebe gerakelt, ist 60 µm dick und hat eine ausgeprägte asymmetrische Struktur mit einer sehr dünnen Trennschicht (ca. 100 nm). Der Träger der TFC-Membran ist eine 110 µm dicke Mikroiltrationsmembran mit einer Porengröße von 100 nm (Abb. 1). Bei den CA-Membranen kann die Trennleistung über die Tem- peratur des Wärmebades kontrolliert werden. Je höher die Temperatur, desto kleiner der Wasserluss und desto größer der Butanol-Rückhalt. Bei 90 °C zeigen die CA-Membranen den gleichen Butanol-Rückhalt wie kommerzielle Umkehros- mose-Membranen, wobei der Wasserluss mit 1,23 L / (h m2) um 75 Prozent größer ist (Abb. 2). Bei den TFC-Membranen kann die Trennleistung über die Re- aktionszeit der Grenzlächenpolymerisation gesteuert werden. So werden bei 480 Sekunden Einwirkzeit Membranen mit einem Wasserluss von 4,35 L / (h m2) und einem Butanol- Rückhalt von 97 Prozent erhalten. Eine weitere Größe, die zum Vergleich der Membranen herangezogen wurde, war das Verhältnis von Wasser- zu Butanolluss. Bei den kommerziellen Membranen lag dieses im Bereich von 20, bei den besten CA- Membranen wurde 40 und bei den besten TFC-Membranen 60 gemessen (Abb. 2).