Spezifische Adsorber für sauberen Biodiesel

Berlin, 01. Juni 2011 – Biodiesel enthält zumeist noch wachsartige Pflanzeninhaltsstoffe, welche die Qualität des Kraftstoffes beeinträchtigen. Bei längerer Lagerung können sie auskristallieren und stehen in Verdacht, Kraftstofffilter zu verblocken. Forscher am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben spezifische Nanopartikel entwickelt, die diese unerwünschten Begleitstoffe binden.

Pflanzenöle aus nachwachsenden Rohstoffen wie Raps und Soja werden zunehmend zu Biodiesel verarbeitet. Bereits in der Ölmühle gelangen auch fettlösliche Bestandteile der pflanzlichen Zellmembran, acetylierte Sterylglycoside, in das Öl. So wertvoll diese Pflanzenstoffe für die menschliche Ernährung sind, so unerwünscht sind sie im Biodiesel. Bei dessen Herstellung, während der Umesterung des Triglyzerids des Öls zu Methylestern, verlieren die Begleitstoffe ihre Acetylseitenkette. Die entstehenden Sterylglycoside sind, anders als die acetylierte Form, in Biodiesel nur schwer löslich und kristallisieren bei der Lagerung aus. Da die Kristalle sehr klein sind, stehen diese im Verdacht Kraftstofffilter zu verstopfen. Eine statistisch abgesicherte Wechselwirkung zwischen Sterylglycosidgehalte und Filterverstopfung konnte allerdings bisher nicht ermittelt werden. Dennoch suchen Biodieselhersteller nach einer Lösung, die unerwünschten Pflanzenstoffe selektiv aus dem Öl bzw. Biodiesel zu entfernen.

In einem von der Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V. (UFOP) geförderten Projekt konnten Forscher am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart nun nanoskopisch dimensionierte Polymerpartikel mit selektiven Bindestellen für einen dieser Begleitstoffe herstellen. In dem von Fraunhofer patentierten NANOCYTES©-Verfahren vermischten sie hierzu geeignet erscheinende Monomere mit sogenannten Vernetzern. Diese sorgen dafür, dass sich die monomeren chemischen Grundbausteine zu einem winzig kleinen, nur 200 bis 300 Nanometer messenden Polymerkügelchen vernetzen. Während des Polymerisationsprozesses wird die zu entfernende Substanz, das Stigmasterol als charakteristischer Teil des acetylierten Sterylglycosids hinzugegeben, so dass dieses auf der Oberfläche der entstehenden Kunststoffkügelchen mit „eingebaut“ wird. Diese Prägemoleküle werden in einem nachfolgenden Schritt wieder aus den Partikeln herausgelöst. Zurück bleibt ein chemischer Negativabdruck auf den Partikeln – als hochselektive Bindestelle für Stigmasterol.

Im Rahmen dieses Vorhabens zeigten erste Versuche, dass unter den aus verschiedenen Monomeren und Vernetzern hergestellten Adsoberpartikeln tatsächlich solche sind, die selektiv Stigmasterol binden. So konnten die Forscher zeigen, dass Stigmasterol wiederholt von geprägten Partikeln besser gebunden wurde als durch ungeprägte Partikel, welche ansonsten auf die gleiche Weise hergestellt wurden.

Mit diesem Vorhaben konnte nachgewiesen werden, dass dieses Prinzip funktioniert. Die Forschergruppe regt deshalb an, dieses Entfernungsprinzip im Rahmen eines Nachfolgevorhabens mit spezifischen Adsorberpartikel zu prüfen, die Stigmasterol-Sterylglycosid auch aus realem Biodiesel – oder acetyliertes Stigmasterol-Sterylglycosid aus Pflanzenöl – binden können. Da die aus dem Biodiesel entfernten Polymerpartikel äußerst stabil und robust sind, könnten diese dann hervorragend in einem technischen Prozess eingesetzt werden. Verpackt als Füllkörper in einer Säule oder als selektive Schicht in Membranen könnten sie wie ein Filter die unerwünschten Begleitstoffe abfangen. Und da sich bei einem Wechsel des Lösemittels die adsorbierten Substanzen wieder herauslösen, wären die Adsorberpartikel sogar vielfach verwendbar.

Die UFOP und das Fraunhofer-Institut hoffen mit den Ergebnissen dieser Voruntersuchungen das Interesse der Ölmühlen- und Biodieselindustrie für ein entsprechendes Nachfolgevorhaben geweckt zu haben.

Der Endbericht des Projektes steht als Download zur Verfügung.

Diese Partikel adsorbieren spezifisch acetyliertes Stigmasterol-Sterylglycosid. © Fraunhofer IGB.