DE102008008150A1 - Verfahren zur Ethanolgewinnung in einer Bierbrauanlage - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomassen beschrieben, das eine Vermahlung, eine Maischung, eine Fermentation und eine Destillation umfasst, wobei wenigstens einer dieser Verfahrensschritte in einer Bierbrauanlage durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ethanolgewinnung in Brauereien.
  • Ethanol wird in vielen Bereichen der chemischen Industrie verwendet, weiter kann es als Benzinersatz eingesetzt oder als Additiv fossilen Brennstoffen zugesetzt werden. Auf Grund der zunehmenden Ressourcenknappheit von fossilen Energieträgern, sowie aus Umweltgesichtspunkten, wird die Ethanolgewinnung aus Biomasse zunehmend an Bedeutung gewinnen, da hier nachwachsende Rohstoffe zur Herstellung verwendet werden. Bioethanol ist insbesondere als Kraftstoff für den Verkehrssektor interessant, da Ethanol als Kraftstoff für herkömmliche, nur gering modifizierte Otto-Motoren eingesetzt werden kann. Mit einem vermehrtem Einsatz kann somit ein wertvoller Beitrag zur Verringerung des Schadstoffausstoßes im Verkehrssektor geleistet werden.
  • Stand der Technik:
  • Die Ethanolproduktion aus Biomasse besteht aus mehreren Verfahrensschritten:
    In einem ersten Verfahrensschritt werden die pflanzlichen Ausgangsprodukte (z. B. Getreide, Zuckerrüben, Zuckerrohr, Mais) zerkleinert. Getreideartige Produkte werden typischerweise über eine Trockenvermahlung oder Nassvermahlung aufbereitet.
  • Der zweite Verfahrensschritt wird als Maischung bezeichnet. Dabei findet bei Verwendung von stärkehaltigen Produkten eine Verflüssigung und anschließend eine Verzuckerung statt, wobei diese Schritte in der Regel in unterschiedlichen Behältern durchgeführt werden (siehe: Murthagh; J.E.: „Molasses as a feedstock for alcohol production" in The Alcohol Textbook, Nottingham, 1995, 27). Zunächst wird im sogenannten Verflüssigungsbehälter das gemahlene Substrat unter Wasserzugabe erhitzt und in Lösung gebracht. Danach erfolgt im sogenannten Verzuckerungsbehälter unter Rühren ein enzymatischer Abbau der Stärke zu Glukose. Hierzu werden verschiedene Enzyme wie z. B. α-Amylase oder Glucoamylase eingesetzt, die die hochmolekulare Stärke zerlegen. Diese befinden sich zum Teil selbst bereits in der Pflanzensubstanz, werden zur Beschleunigung der Reaktionszeit aber größtenteils dem Reaktionsgemisch zusätzlich beigesetzt. Bei der Ethanolproduktion von Rohstoffen, die bereits Zucker enthalten, wie z. B. Zuckerrüben, kann der enzymatische Verzuckerungsschritt entfallen.
  • In einem dritten Prozessschritt erfolgt in einem Fermentationsbehälter eine Fermentation bzw. Gärung, bei der der erhaltene Zucker unter Zugabe von Hefepilzen und unter Luftabschluss in Ethanol, Wasser und Kohlendioxid umgesetzt wird. Die Reaktion bricht von selbst ab, wenn der Alkoholanteil auf max. ~14 Vol.-% ansteigt, da dann der Stoffwechsel der Hefen stoppt und sie absterben. Dadurch müssen nach der Fermentation noch weitere Prozessschritte erfolgen, um den Alkohol weiter aufzureinigen, bzw. um Getreiderückstände abzutrennen. Die Reaktionstemperatur sollte bei der Fermentation auf ca. 34°C gehalten werden. Da die Reaktion exotherm verläuft, muss während des Gärprozesses gekühlt werden. Der Gesamtfermentationsprozess dauert üblicherweise ca. 30 bis 40 Stunden.
  • Anschließend wird in einem vierten Schritt eine Destillation in einem Destillationsgefäß durchgeführt. Dabei erfolgt eine Erhöhung des Ethanolgehalts und gleichzeitig eine Abtrennung des Wasser/Alkoholgemisches von Feststoffen, der sogenannten Schlämpe, die zur Verkürzung dieser Fermentationsreaktionszeit in den Fermenter rückgeführt werden kann.
  • Zur weiteren Aufreinigung des durch Destillation erhaltenen Ethanols schließt sich in der Regel eine Rektifikation in einem Rektifikationsbehälter an. Diese beinhaltet mehrere, weitere Destillationsschritte, wobei bei 78,3°C das Alkohol-/Wassergemisch als azeotropes Gemisch weiter aufgereinigt wird. Durch Rektifikation ist ein Ethanolgehalt von ca. 96 Vol.-% erzielbar. Anschließend kann durch eine weitere Trocknung z. B. über ein Molekularsiebverfahren eine Alkoholreinheit von über 99 Vol.-% erreicht werden.
  • Typische Vorrichtungen und Verfahren einer Bioethanolproduktion sind z. B. aus US4321328 , US2007141691 oder US20070144886 ersichtlich.
  • Dem gegenüber steht der klassische Bierbrauprozess, der sich in folgende Verfahrensschritte unterteilt:
    Zunächst erfolgt eine Zerkleinerung des Malzes, vorzugsweise in einer Nass- Trocken- oder Hammermühle und eine anschließende Überführung unter Wasserzugabe in einem Maischebottich. Dort erfolgt ein Erhitzen auf ca. 45–75°C über ein sogenanntes Dekokortionsverfahren durch einen Mischvorgang mit auf 100°C erhitzter Maische, die aus der Maischepfanne erhältlich ist. Durch diesen Prozess erfolgt ein Lösen und ein anschließendes Verzuckern der Maische. Im nächsten Schritt wird im Läuterbottich die Vorderwürze vom sogenannten Treber, d. h. von Feststoffen, wie z. B. Spelzen, und Proteinen aus dem Malz, getrennt. Dieser kann z. B. als Futtermittel eingesetzt werden. Die Vorderwürze wird in einem Vorlaufbehälter zwischengelagert, bevor sie im Würzekessel mit Hopfen gekocht wird. Die so entstandene Stammwürze wird in den sogenannten Whirlpool überführt in dem Eiweis- und Trubstoffen abgeschieden werden, bevor sie als blanke Würze gekühlt und in den Fermenter überführt wird. Nach Vermischen mit Hefe und findet dort unter Kühlen die alkoholische Gärung statt. Im Vorfeld werden sehr geringe Mengen der blanken Würze abgetrennt und für die Hefeanzucht verwendet, die für den Fermentationsprozess nötig sind. Nach dem Gärprozess wird das Bier gefiltert und in Vorratstanks bei einer Temp. um 0°C eingelagert.
  • Aufgabe der Erfindung:
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Bioethanol, bei möglichst niedrigen Investitionskosten. Eine weitere Aufgabe ist das Bereitstellen eines Verfahrens, das das Betreiben in Hinblick auf einen verringerten Wasser- und/oder Stromverbrauch wirtschaftlicher macht.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse bei dem die erfindungsgemäßen Aufgaben dadurch gelöst werden, dass ein oder mehrere Anlagenteile einer Bierbrauanlage für eine Bioethanolproduktion verwendet werden. Dies hat zum Vorteil dass z. B. bei einer nicht voll belasteten Brauereianlage Ethanol anstelle von Bier hergestellt wird, und somit die Auslastung der Anlage erhöht werden kann. Diese kann somit wirtschaftlicher betrieben werden, da Anlagenstillstandszeiten minimiert werden. Im Vergleich zu zwei vollständig getrennt ablaufenden Verfahren zum Bierbrauen und zur Bioethanolproduktion sind dadurch auch in Summe Einsparungen an den Investitionskosten für die Anlagen möglich. Weiter sind dadurch Einsparungen im Wasser- und/oder Stromverbrauch möglich.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens einer der Verfahrensschritte: Zerkleinerung (A), Maischung (B), Fermentation (C) oder Destillation (D), die das Verfahren zur Ethanolgewinnung aus Biomasse umfassen, in einer Bierbrauanlage durchgeführt wird.
  • Bevorzugte, erfindungsgemäße Ausführungsformen beinhalten:
    Ein Verfahren nach Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Aufreinigung beinhaltet ist, die zumindest einen der Schritte (E) Rektifikation oder (F) Absolutierung umfasst, wodurch eine Ethanolreinheit von mindestens 98 Vol.-%, bevorzugt von mindestens 99,8 Vol.-% erzielt wird.
  • Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Vermahlungsschritt (A) eine Trockenvermahlung umfasst, die in einer Nass-Schrotmühle durchgeführt wird.
  • Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, das dadurch gekennzeichnet ist, dass nach der Fermentation (C) eine Destillation (D) erfolgt, die in einem zuvor für Schritt (C) verwendeten Fermentationsbehälter stattfindet.
  • Ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Maischung (B), die Fermentation (C), sowie die Destillation (D) in ein und demselben Behälter erfolgen.
  • Abbildung:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines Prozesses zur Bioethanolproduktion und jeweils korrespondierende Behälter, in denen die Verfahrensschritte durchgeführt werden.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung:
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ethanolgewinnung aus Biomasse umfasst die Verfahrensschritte: Vermahlung (A), Maischung (B), Fermentation (C), und Destillation (D), wobei zumindest einer dieser Schritt in einer herkömmlichen Bierbrauanlage durchgeführt wird. Weiter schließt sich in einer bevorzugten Ausführungsform eine Rektifikation (E) und/oder eine Absolutierung (F) an (siehe 1). Für den Fall, dass einer oder mehrere Verfahrensschritte nicht einer herkömmlichen Bierbrauanlage durchgeführt werden, wird diese in der Art modifiziert, dass der entsprechende Anlagenteil oder die entsprechenden Anlagenteile der herkömmlichen Bierbrauanlage hinzugefügt werden. Eine Verbindung der Anlagenteile kann auf übliche Art und Weise, z. B. über Rohrleitungen erfolgen, die je nach Bedarf geschaltet werden können. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden alle bei der Bierherstellung erforderlichen Behälter, wie z. B. Vorlaufbehälter, Würzekessel oder Whirlpool, die in der Bioethanolproduktion keine Anwendung finden, z. B. über Rohrleitungen überbrückt.
  • Im folgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte detailliert beschrieben:
    Die Vermahlung (A) in einer Mühle (1) kann sowohl über einen Trockenvermahlungsprozess, als auch über einen Nassvermahlungsprozess erfolgen. Weiterhin ist ein Druckaufschlussverfahren möglich, bei dem das zu vermahlende Gut bei einem Dampfdruck von ca. 3 bar gekocht wird, und anschließend durch einen Ausblasprozess bei Reduktion des Überdrucks zerkleinert wird. Prinzipiell sind alle Vorrichtungen und Verfahren zur Vermahlung (A) anwendbar, die in herkömmlichen Bierbrauprozessen eingesetzt werden, oder die in sonstiger Weise ein geeignetes Mahlgut erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere die Verwendung von Schrotmühlen nach den Offenlegungsschriften DE 197 511 05 A1 , sowie DE 100 481 76 A1 , die zum Schroten von Braumaterialien ausgerichtet sind. Weiterhin ist die Offenlegungsschrift DE 351 581 6 A1 umfasst, worin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erweichen und Nass-Schroten von Baumaterialien offenbart ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Betreiben von Schrotmühlen, wie sie in einer herkömmlichen Bierbrauanlage in Form eines Nass-Vermahlungsprozesses betrieben werden, wobei diese Nass-Schrotmühle auch trocken, d. h. ohne Wasserzusatz, betrieben weden kann. Der Betrieb einer nass- bzw. trocken betriebenen „Nass-Schrotmühle" hat den Vorteil, dass im Vergleich zu herkömmlichen Trocken- bzw. Hammerschrotmühlen, bei vergleichbarer Schrotleistung eine sehr viel geringere Antriebsleistung nötig ist. Dadurch kann der Stromverbrauch im Vergleich zu Mühlen, die sonst in der Bioethanolproduktion eingesetzt werden, deutlich erniedrigt werden. Durch die abgeschlossene Bauweise der Nass-Schrotmühlen wird weiter der Austritt von Stäuben minimiert.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung von herkömmlichen Schrotmühlen, die sonst zur Bierherstellung verwendet werden, bei in einer erfindungsgemäßen Bioethanolproduktion liegt in der Tatsache, dass bei solch einer kombiniert betriebenen Anlage geringere Investitionskosten anfallen, als dies bei zwei getrennt betriebenen Anlagen der Fall wäre.
  • Die Maischung (B) kann erfindungsgemäß in einem herkömmlichen Maischebottich (2i), sowie einer Maischepfanne (2ii) durchgeführt werden, die aus dem Bierbrauprozess bekannt sind. Dabei wird zunächst in (2i) bei einer Temperatur von ca. 80–90°C ein physikalischer Verflüssigungsschritt durchgeführt. Zum Erreichen dieser Temperatur wird Maische aus (2ii), die eine Temperatur von ca. 100°C aufweist, in (2i) gegeben. Beim Erhitzen quillt die Stärke durch Wasseranlagerung sehr stark auf, wodurch es beim Erreichen der sogenannten Verkleisterungstemperatur zu einem drastischen Anstieg der Viskosität der Maische kommt. Durch Zugabe von Enzymen wie z. B. α-Amylase (Verflüssigungsenzyme) wird die Stärke innerhalb einer Prozesszeit von ca. 1 Stunde in niedermolekulare Dextrine zerlegt. Danach ist in der Regel ein zweiter Verfahrensschritt nötig, bei dem bei Temperaturen von ca. 60°C in der Maischepfanne (2ii) eine Verzuckerung zu vergärbaren Zuckern erfolgt. Dies geschieht unter Zugabe von Verzuckerungsenzymen, wie z. B. β-Amylase, wobei die Reaktionsdauer üblicherweise ca. 1 Stunde beträgt.
  • Ein Vorteil der Verwendung von herkömmlichen Behältern, wie dem Maischebottich, und/oder der Maischepfanne, und/oder dem Läuterbottich, die sonst zur Bierherstellung verwendet werden, bei in einer erfindungsgemäßen Bioethanolproduktion liegt in der Tatsache, dass bei solch einer kombiniert betriebenen Anlage geringere Investitionskosten anfallen, als dies bei zwei getrennt betriebenen Anlagen der Fall wäre.
  • Der nächste Prozessschritt, die Fermentation (3), die auch als alkoholische Gärung bezeichnet wird, erfolgt erfindungsgemäß in einem Fermenter (C). Der Zucker wird unter Hefezusatz und unter Sauerstoffausschluss in Ethanol, Kohlendioxid und Wasser umgesetzt. Steigt der Ethanolanteil über ca. 14 Vol.-% an, bricht der Stoffwechsel der Hefen zusammen und sie sterben ab. Um einen höheren Ethanolgehalt zu erzielen bzw. um Feststoff- und Heferückstände abzutrennen, sind weitere Verfahrensschritte nötig, die später beschrieben werden.
  • Als Hefen können alle beliebigen Hefearten bzw. Hefestämme eingesetzt werden, die für eine alkoholische Gärung geeignet sind, das heißt in der Lage sind Zucker in Ethanol umzuwandeln. Die Erfindung umfasst sowohl Hefen, die in der Brauerei zur Bierherstellung verwendet werden, als auch andere Hefen, die speziell zur Produktion von Bioethanol hinzugezogen werden.
  • Die Einstelltemperatur zum Start der Fermentation ist so zu wählen, dass nach ca. 24 Stunden eine Fermentationstemperatur von ca. 34°C erreicht wird. Während des weiteren Prozessverlaufs darf eine Temperatur von 36°C nicht überschritten werden. Zum Vermischen der Reaktionskomponenten ist ein mechanisches Rühren bevorzugt. Zur Beschleunigung des Reaktionsstarts ist am Anfang ein Heizvorgang möglich, aber nicht essentiell nötig. Aufgrund des exothermen Reaktionsverlaufes der Fermentation ist im Verlauf der Reaktion eine Kühlung erforderlich, die so ausgelegt sein muss, dass die Beibehaltung einer Temperatur von ca. 34°C (auf keinen Fall über 38°C) im Fermenter bestehen bleibt.
  • Die Erfindung umfasst eine Prozesskontrolle des Reaktionsverlaufs. Diese umfasst eine Prozesskontrolle durch Probenentnahme während des Reaktionsverlaufs, als auch eine Online-Messung innerhalb des Fermenters. Über eine Prozesskontrolle kann eine Aussage getroffen werden, zu welchem Zeitpunkt die Fermentationsreaktion zu Ende ist, um den Bioethanolherstellungsprozess mit möglichst geringem Zeitaufwand durchzuführen. Weiter kann eine Störung des Reaktionsverlaufs, wie z. B. eine Kontamination mit Milchsäurebakterien frühzeitig erkannt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine Prozesskontrolle, bei der der Ethanolgehalt des Reaktionsgemisches festgestellt wird. Nach den ersten 24 Stunden sind ca. 50% des Zuckers vergoren. Der Ethanolgehalt liegt dann bei ca. 5 Vol.-%. Nach der Gesamtgärzeit, die ca. 30 bis 40 Stunden beträgt, steigt dieser auf ca. 14 Vol.-%. Bei einem Ethanolgehalt von ca. 14 Vol.-% ist die Reaktion zu Ende.
  • Eine weitere Art der Prozesskontrolle kann über die Messung des pH-Werts erfolgen. Am Anfang einer Fermentation liegt dieser bei ca. 5,2. Nach 24 Stunden sinkt er auf 4,6 bis 4,8 ab. Im weiteren Verlauf der Fermentation sinkt der pH-Wert weiter auf ca. 4,2 bis 4,5, während er zum Ende der Gärung wieder um ca. 0,2 Einheiten steigt. Über diesen Parameter ist auch eine Kontrolle bezüglich der Infektion mit Milchsäurebakterien möglich, da in diesem Falle der pH-Wert auf unter 4,0 sinken würde.
  • Als Fermenter (3) kann erfindungsgemäß ein Fermenter einer herkömmlichen Anlage zum Bierbrauen verwendet werden. Das hat den Vorteil, dass bei solch einer kombiniert betreibbaren Anlage geringere Investitionskosten anfallen, als dies bei zwei getrennt betriebenen Anlagen der Fall wäre.
  • Die Fermentierungsvorrichtung ist z. B. in EP 1 688 478 A1 beschrieben. Die Vorrichtung weist innenliegende Heiz/Kühlflächen auf, wobei eine beheiz/kühlbare Kontaktfläche vorgesehen ist, die zumindest teilweise Unebenheiten aufweist. Ein Rührwerk und/oder eine Temperierungseinheit sind enthalten, wobei zumindest ein Teil der Temperierungseinheit im Rührwerk integriert sein kann. Die Kontaktfläche zum Innenraum des Fermenters ist doppelwandig und wird mit einem Temperierungsmedium beaufschlagt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Fermenter (3) so betrieben, dass sowohl die Fermentation (C), als auch die Maischung (B) darin durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform kann sowohl auf den Maischebottich (2i) als auch auf die Maischepfanne (2ii) verzichtet werden. Der Fermenter (3) ist so gestaltet, dass während des Maischungsschritts (B) eine Heizung erfolgt, während bei der Fermentation (C) eine Kühlung erfolgen kann. Die Temperierungsflächen an (3) sind so dimensioniert, dass eine ausreichende Temperierung möglich ist. Insbesondere die Kühlleistung während der Fermentation (B) muss ausreichend gegeben sein, da bei zu hohen Temperaturen die Hefen zumindest teilweise absterben und so die Geschwindigkeit des Gärprozesses erniedrigt wird. Dies ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu vermeiden. Die Temperierungsflächen in (3) können sich am Gefäßrand befinden, oder auch als Einbau im Behälter und/oder in der Rühreinheit integriert sein. Diese Heizflächen können so angeordnet sein, dass durch den erzeugten Dichteunterschied eine Umwälzung erzeugt oder zumindest unterstützt wird und ein Rührwerk entfallen kann.
  • Als nächster Prozessschritt erfolgt eine Destillation (D) in einem Destillationsbehälter (4). Dabei wird das Fermentationsgemisch erhitzt, wobei bei 78,3°C ein Wasser/Ethanolgemisch als Azeotrop siedet und an einer anderen Stelle kondensiert, die sich entweder im Destillationsbehälter (4) befindet, oder mit ihm verbunden ist. Dabei wird eine Erhöhung des Ethanolgehalts des resultierenden Kondensats erzielt.
  • Der Destillationsbehälter (4) ist so gestaltet, dass er im unteren Teil eine Rührvorrichtung aufweist und eine Heizvorrichtung aufweist, die zumindest teilweise in dem Rührwerk enthalten sein kann. Im oberen Teil des Destillationsgefäßes erfolgt eine Kondensation des azetropen Gemisches. In einer Ausführungsform des Destillationsgefäßes erfolgt im oberen Teil des besagten Gefäßes eine aktive Kühlung. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Kondensation des azeotropen Gemisches lediglich auf Grund der Tatsache, dass über Wärmeleitung der Gefäßwandenergie an die äußere Umgebung weitergegeben wird.
  • Die Destillation (D) wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem separaten Destillationsbehälter durchgeführt, der sich normalerweise nicht in einer herkömmlichen Anlage zum Bierbrauen befindet. Die Überführung des Wasser/Alkohol/Hefegemisches von (C) in (D) erfolgt zum Beispiel über Rohrleitungen.
  • Eine weitere, erfindungsgemäße Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fermentation (C) und die Destillation (D) in ein und demselben Behälter erfolgen. Über diese Kombination kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Bioethanolanlage sowohl Spülwasser als auch Energie eingespart werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass dadurch geringere Investitionskosten anfallen, als dies bei zwei getrennten Behältern der Fall wäre.
  • Der gemeinsame Behälter ist bevorzugt der Fermentationsbehälter (3), d. h. in der Brauerei ist somit keine Umrüstung in Hinblick auf einen neuen Destillationsbehälter (4) notwendig. In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt über die Temperierungseinheit von (3) nach der Kühlung bei Prozessschritt (C), ein Heizen bei Prozessschritt (D). Die Kühlung im oberen Teil von (3) beim Destillationsschritt (D) kann passiv erfolgen, da herkömmliche Fermenter im Bierbrauprozess oft nicht für gleichzeitiges Heizen und Kühlen ausgelegt sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Fermenter (3) über den Einbau von einem oder mehreren zusätzlichen Temperierungskreisläufen derartig modifiziert, dass er bei Prozessschritt (D) im unteren Teil heizen kann und im oberen Teil gleichzeitig kühlen kann.
  • Eine weitere Ausführungsform von (3) ist modular aufgebaut, in der Art dass der obere Teil ausgetauscht werden kann, so dass nach der Fermentation (C) für die Destillation (D) ein- oder mehrere neue Aufsätze verwendet werden, der zum Beispiel eine aktive Kühleinrichtung enthalten, die separat betrieben werden können. Weiter kann die Gesamthöhe des Behälters dadurch vergrößert werden, was für den Destillationsschritt (D) vorteilhaft ist.
  • Eine weitere Ausführungsform des Fermenters ist das Vorhandensein einer separaten Heizfläche im Bereich der Spiegeloberfläche, die z. B. in Form von innenliegenden Pilow-Heizflächen realisiert werden kann. Damit ist eine besonders effektive Alkoholdestillation möglich.
  • Alle Ausführungsformen haben zum Ziel, dass der Fermentationsbehälter (3) sowohl für den Bierbrauprozess als auch für die Bioethanolproduktion eingesetzt werden kann.
  • Alle oben beschriebenen Modifikationen herkömmlicher beim Bierbrauprozess eingesetzten Vorrichtungen dienen dem Ziel, eine Kombination des Bierherstellungsprozesses und der Bioethanolherstellung effizient zu ermöglichen. Die Investitionskosten, die für diese Modifikationen anfallen, sind im Vergleich zu den Kosten, die für zwei getrennte Anlagen bzw. Anlagenteile anfallen, gering. Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens ist also aus wirtschaftlicher Sicht im Vergleich zu zwei getrennt ablaufenden Anlagen vorteilhaft.
  • Eine weitere, erfindungsgemäße Ausführungsform ist die Durchführung der Maischung (B) und Fermentation (C) im Maischebottich (2i) und oder in der Maischepfanne (2ii). Alle oben genannten Modifikationen von (3) können analog auf (2i) und (2ii) übertragen werden.
  • Eine andere Ausführungsform ist die Durchführung der Maischung (B), der Fermentation (C), sowie der Destillation (D) in ein und demselben Behälter. Dieser Behälter kann sowohl der Fermentationsbehälter (3), als auch der Maischebottich (2i) oder die Maischepfanne (2ii) sein. Damit ist nochmals zusätzlich eine Einsparung von Spülwasser, Energie und Investitionskosten möglich.
  • Eine weitere Aufreinigung des Ethanol/Wasser-Gemischs von (4), umfasst zumindest einen der Schritte Rektifikation (E) und Absolutierung (F).
  • Die Rektifikation (E) beinhaltet in einer Rektifikationskolonne (5) mehrere Destillationsschritte, so dass das Ethanol die Rektifikation mit einer Reinheit von ca. 96 Vol.-% verlässt. Ein höherer Ethanolgehalt ist durch Rektifikation nicht erreichbar. Diese Rektifikation (E) erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass (E) der Destillation (D) direkt nachgeschaltet ist.
  • Das Absolutierungsschritt (F) erfolgt in einem separaten Absolutierungsbehälter (6) bevorzugt über ein Molekularsiebverfahren. Alle sonstigen, chemischen oder physikalischen Abtrennungsmöglichkeiten des Restwassers sind explizit ebenfalls im erfindungsgemäßen Umfang mit eingeschlossen. Das Molekularsiebverfahren beruht auf einem Adsorptionsprozess des im Ethanol enthaltenen Restwassers an dem Molekularsieb. Molekularsiebe können z. B. Zeolite sein, die sehr kleine Poren aufweisen, in denen Wasser aufgenommen werden kann. Verfahrenstechnisch besteht eine Molekularsiebanlage aus zwei oder mehreren Kolonnen, in denen Ethanol im dampfförmigen Zustand komprimiert durch das Molekularsiebbett gedrückt wird. Dabei lagern sich die Wassermoleküle durch Absorption an, während das Ethanol den Prozess ungehindert passiert. Dadurch können Ethanolreinheiten erzielt werden, die weniger als 500 ppm Wasseranteil aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sämtliche Reinigungsschritte des Molekularsiebs umfassen. Beispielsweise kann eine Regeneration der Kolonne dadurch erfolgen, dass diese durch Beaufschlagung von entwässertem Alkohol bei herabgesetztem Partialdruck die angelagerten Wassermoleküle wieder aus den Poren der Zeolite spült. Das anschließend wasserhaltige Ethanol kann entweder über eine separate Verstärkungsanlage aufbereitet, oder zurück in den Rektifikationsprozess geführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 4321328 [0008]
    • - US 2007141691 [0008]
    • - US 20070144886 [0008]
    • - DE 19751105 A1 [0020]
    • - DE 10048176 A1 [0020]
    • - DE 3515816 A1 [0020]
    • - EP 1688478 A1 [0032]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Murthagh; J.E.: „Molasses as a feedstock for alcohol production" in The Alcohol Textbook, Nottingham, 1995, 27 [0004]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Ethanolgewinnung aus Biomasse, umfasst die Stufen: Vermahlung (A), Maischung (B), Fermentation (C), Destillation (D), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der genannten Verfahrensstufen in einer Bierbrauanlage durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufreinigung beinhaltet ist, die zumindest einen der Schritte Rektifikation (E) oder Absolutierung (F) umfasst, wodurch eine Ethanolreinheit von mindestens 98 Vol.-% erzielt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Vermahlungsschritt (a) eine Trockenvermahlung umfasst, die in einer Nass-Schrotmühle durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Fermentation (C) eine Destillation (D) erfolgt, die in einem zuvor für Schritt (C) verwendeten Fermentationsbehälter stattfindet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maischung (B), die Fermentation (C), sowie die Destillation (D) in ein und demselben Behälter erfolgen.
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Citations (12)

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