DE3307076A1

DE3307076A1 - Verfahren zur herstellung von futtermitteln und aethanol

Info

Publication number: DE3307076A1
Application number: DE19833307076
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Knauth; geb. Trachte Isabel 7758 Meersburg Knauth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1984-09-06

Description

Verfahren zur Herstellung von Futtermitteln und Äthanol
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Futtermitteln mit hohem Proteingehalt und, oder von Äthanol aus cellulosehaltigen Stoffen, wobei die Cellulose mit verdünnten Säuren hydrolysiert und die gebildeten Zucker anschließend fermentiert werden.
Die weitaus meisten auf der Erde vorkommenden Pflanzen enthalten zwischen 50 und 60t Cellulose. Die Cellulose besteht meist aus Pentosan und Hexosan im Verhältnis 1 : 2.
Durch Hydrolyse wird die Cellulose in vergärbaren Zucker gespalten. Und zwar entsteht aus dem Pentosan Pentose (Xylose) und aus dem Hexosan Hexose (Glucose) Xylose und Glucose können mit Torula-Hefen zu Protein, Glucose kann mit Saccharomyces zu Äthanol vergoren werden.
Voraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit der Verfahren sind: 1. Hohe Zuckerausbeuten mit geringem Energieaufwand bei der Hydrolyse 2. Hohe Zuckerkonzentrationen der Substrate (über 10%) 3. Hohe Fermentationsausbeuten mit geringem technischen Aufwand Bei den bisher bekannten Verfahren werden die gebildeten Zucker mit heißem Wasser oder mit heißen, verdünnten Säuren aus den ungelösten Rückständen ausgewaschen. Dabei werden die Zuckerlösuncgen entweder stark verdünnt oder man muß hohe Verluste bei der Extraktion akzeptieren. Bei den bekannten Perkolationsverfahren werden Zuckerkonzentrationen von 1,5 - 3% erreicht. Der Extraktionsveriust liegt bei 10%. Die geringe Konzentration bedingt einen hohen Energieaufwanci für die Einengung der Substrate und einen hosen Abwasseran£all.Neuere, kontinuierliche Verfahren erreichen zwar Zuckerkonzentrationen um oder über 10%. Der Verlust liegt aber bei 15 - 20$.
Außerdem bedingt die Extraktion des konzentrierten Zuckersaftes eine komplizierte und teure Technik.
Der vorlie(enden Erfin(lung wurden deshalb folgende Aufgaben zugrundegelegt.
1. Die Zuckerkonzentration des Substrates soll so hoch wie möglich sein.
2. Die Zuckerverluste und der maschinelle Aufwand sollen so gering wie möglich sein.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß so gelöst, daß die cellulosehaltigen Stoffe nach einer Vorimprägnierung in eler Dampfphase hydrolysiert, danach abgekühlt und neutralisiert, und anschließend einer Fermentation unterzogen werden, ohne daß die ungelösten Stoffe vorher abgetrennt werden.
Die Erfindung weist gegenüber den vorgenannten Verfahren folgende Vorteile auf: 1. Bei Anwendung einer Dampfphasenhydrolyse findet die Reaktion ohne überschüssige Flüssigkeit statt. Die Zuckerkonzentration ist, der Reaktionskinetik entsprechend, maximal und wird vor der Fermentation nicht mehr reduziert 2. Der gesamte, gebildete Zucker geht verlustfrei in die Fermentation, Extraktionsverluste entfallen.
3. Sich bei der Fermentation bildende feste Schwebestoffe werden anschließend mit dem festen Rückstand aus der Schleim abgetrennt und verbrannt. Dadurch entfällt eine sonst zusätzlich nöt i qe mechanische Schlempereinigung.
Diese Vorteile bewirken eine gegenüber anderen Verfahren um 10 - 20o höhere Ausbeute an Protein oder Äthanol und eine Senkung der Produktionsselbstkosten um mindestens 208.
Anwendungsbeispiel 1 Weizenstroh soll zu Futtermittel mit hohem Proteingehalt verarbeitet werden.
Das St roh wird gehäckselt, bei 1 00°C mit Dampf entlüftet und dann mit verdünter Mineralsäure imprägniert. Die überschüssige Säure wird mechanisch abgepreßt.
Das so imprägnierte Material wird ca. 30 min. lung mit Sattdampf auf 140°C aufgeheizt und gehalten. Dabei gehen die Pentosane als Pentose in Lösung. Die Urkonzentration beträgt etwa 15%.
Danach wird der hydrolysierte Stoff abgekühlt, mit NH3 neutralisiert und mit Torula-Hefe versetzt. Die Zuckerkonzentration sinkt dabei nicht ab, sondern steigt durch die mit der Abkühlung verbundenen entspannung eher noch an. Nun wird der Stoff einer Feststoffgärung ausgesetzt, bei der der Zucker in Protein umgesetzt wird. Nach der lermentation liegt eine Futtergemisch von ca. 15% Protein, 55% leicht verdaulicher, da kurzkettiger Cellulose und 30% unverdauliches Lignin vor. Das ist ein hochwertiges Kraftfutter.
Anwendungsbeispiel 2 Aus der Cellulose eines Laubholzes soll Äthanol hergestellt werden Das zerkleinerte Holz wird vorhydrolysiert, die gelösten Pentosen werden extrahiert (Verfahren des Anmelders DE 27 44 ()()7) . Der Rückstand der Vorhydrolyse hat noch die leiche Teilchenstruktur wie der Rohstoff, ist jedoch vollkommen Illit Wasser durchtränkt. Es wird nun, entsprechend eines ebenfalls vom Anmelder entwickelten Verfahrend (DE 28 27 188), bei hohen Temperaturen haupthydrolysiert.
Dabei wir(I der Stoff dispergiert. Am Endet der Reaktion liegt eine pumpfähige Suspension mit einer Glucosekonzentration von 12 - 15% und einem Feststoffanteiii von 10 - 12% vor. Die wird abgekühlt, neutralisiert und dann, mit Hefe versetzt, direkt in die Alkoholfermentation gegeben. Nach der Fermentation geht die Suspension mit einem Alkoholgehalt von 5 - 6% in die Destillation. Der feste Rückstand wird von den bei der Fermentation gebildeten Schwebestoffen aus der Schlempe abgetrennt und zwecks Energiegewinnung verbrannt.
Aus 1 t T,aubholz werden so, bezogen auf den Rohstoff, 217 1 Äthanol gewonnen. Mit den bekannten Verfahren werden dagegen nur 185 1 erreicht.

Claims

Patentansprüche 1 Verfahren zur Herstellung von Futtermitteln mit hohem Proteingehalt und oder Äthanol aus cellulosehaltigen Stoffen, wobei die Cellulose mit verdünnten Säuren hydrolysiert und die gebildeten Zucker anschließend fermentiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die cellulosehaltigen Stoffe nach einer Vorimprägnierung in der Dampfphase hydrolysiert, danach abgekühlt und neutralisiert und anschließend einer Fermentation unterzogen werden, ohne daß die ungelösten Stoffe vorher abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe entweder während der Hydrolyse oder zwischen Hydrolyse und Fermentation dispergiert werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in mehreren Stufen durchgeführt wird.