Todos los días, la industria láctea produce grandes cantidades de suero como subproducto. Solo en Alemania, esto asciende a 12,6 millones de toneladas al año. Por cada kilogramo de queso, por ejemplo, se producen 9 kilogramos de suero. Parte de esto se procesa aún más, por ejemplo, en bebidas a base de suero con aditivos de frutas u otras bebidas mezcladas. La lactosa y las proteínas contenidas en el suero también se pueden separar y utilizar de otras formas, por ejemplo, como materia prima en productos farmacéuticos o en alimentos para bebés. Sin embargo, una vez separadas las proteínas y la lactosa, queda melaza. La eliminación de esta sustancia es muy complicada y costosa debido a su contenido relativamente alto de sal.

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS en Hermsdorf, junto con TU Dresden, ahora han desarrollado un proceso para extraer valioso acetato de etilo, un solvente incoloro, de la melaza. El acetato de etilo se utiliza a menudo en la fabricación de adhesivos, tintas de impresión o barnices. También se puede utilizar para limpiar superficies.

Hasta ahora, el acetato de etilo se ha producido a partir de gas natural y derivados del petróleo. La producción de acetato de etilo a partir de suero, por otro lado, da como resultado un producto que es claramente superior en comparación con los solventes dañinos para el medio ambiente debido a su fácil degradabilidad microbiana y también es independiente de las fluctuaciones de precios del gas natural y el petróleo crudo. Otra ventaja:el proceso desarrollado por TU Dresden y Fraunhofer IKTS hace innecesaria la costosa eliminación de melaza. El acetato de etilo separado ofrece una alta pureza del 97,5 % y, por lo tanto, puede usarse inmediatamente como materia prima sin más pasos de procesamiento.

Fermentación de la melaza y separación en la membrana

En principio, el proceso de separación es sencillo. Para empezar, la melaza se fermenta en un biorreactor, que se ventila para permitir condiciones aeróbicas. La reacción forma una mezcla de gas y vapor que contiene acetato de etilo. Luego se separa utilizando membranas compuestas especiales. "Una mezcla de gas y vapor de agua permanece como producto de desecho, que puede liberarse al medio ambiente sin problemas", dice el Dr. Marcus Weyd, gerente del grupo de Modelado y tecnología de procesos de membrana.

En el desarrollo de la membrana, los investigadores de Fraunhofer IKTS contribuyeron con sus décadas de experiencia en el campo de los materiales, particularmente en las tecnologías de membranas. La membrana compuesta, que fue especialmente desarrollada para el proceso, consiste en una combinación de polímeros y partículas inorgánicas a base de zeolita. "Utilizamos caucho de silicona líquido como polímero. Se mezcla con zeolita (silicalita-1), se aplica a un vellón de poliéster de soporte y se cura. La membrana tiene un grosor total de solo 10 µm y el tamaño de los poros es de 0,5 nm", explica el Dr. Thomas Hoyer, especialista en el campo de las membranas de zeolitas y nanocompuestos.

Incluso si la membrana está equipada con poros, el proceso de separación real, en el que se separa el acetato de etilo, no funciona como un tamiz. En cambio, el efecto de separación de gases se crea mediante interacciones entre la zeolita y el acetato de etilo. "Las moléculas son adsorbidas por la zeolita, se deslizan a lo largo de las superficies de los poros y hacen que se difundan a través de la membrana compuesta", explica el Dr. Hoyer. Tampoco es necesario aplicar alta presión para "forzar" el acetato de etilo a través de la membrana. "Crear una cierta diferencia de presión parcial es suficiente para iniciar la reacción química y la posterior difusión".

Se busca:posibles usos de la melaza

La idea surgió de una iniciativa de TU Dresden, que buscaba formas de utilizar la melaza y recurrió a Fraunhofer IKTS en busca de ayuda. El equipo de TU se ocupó del proceso de fermentación, mientras que el equipo de Fraunhofer estuvo a cargo del desarrollo y optimización de la tecnología de membranas.

"Hemos logrado producir una membrana muy avanzada con poros extremadamente pequeños a través de un proceso relativamente simple y rentable", resume el Dr. Weyd. Para las empresas industriales, el hecho de que el proceso de separación de gases consista en una sola etapa y, por lo tanto, solo requiera una pequeña cantidad de módulos de membrana y control es una ventaja práctica. Una vez que los parámetros del proceso para la fermentación y la separación de gases se configuran correctamente, el proceso de separación se ejecuta por sí solo y de manera estable.

Lo siguiente en la agenda de los investigadores es escalar el tamaño de los módulos de membrana para que la tecnología esté disponible para uso industrial. La tecnología tiene más aplicaciones que simplemente extraer acetato de etilo de la melaza:se puede usar en cualquier proceso que requiera separar mezclas de gases o filtrar componentes volátiles como los hidrocarburos. + Explora más

Los investigadores regulan la distribución del tamaño de los poros para mejorar la membrana de nanofiltración