Adhesivos verdes a base de suero de leche
Nuevo procedimiento para la obtención de acetato de etilo valioso
En colaboración con la Universidad Técnica de Dresde, los investigadores del Instituto Fraunhofer han desarrollado un proceso para obtener acetato de etilo de alta pureza a partir del suero. Esto puede utilizarse, por ejemplo, para producir adhesivos respetuosos con el medio ambiente, sustituyendo así el acetato de etilo convencional extraído de materias primas fósiles. También elimina la necesidad de eliminar la costosa melaza producida durante el procesamiento del suero.
Planta de demostración con un módulo de membrana para separar el acetato de etilo de la melaza de suero.
© Fraunhofer IKTS
Cada día, la industria láctea produce grandes cantidades de suero como subproducto. Sólo en Alemania se producen 12,6 millones de toneladas al año. Por cada kilo de queso, por ejemplo, se producen 9 kilos de suero. Una parte se transforma en bebidas a base de suero con aditivos de frutas u otras bebidas mixtas. La lactosa y las proteínas contenidas en el suero también pueden separarse y utilizarse de otras maneras, por ejemplo, como materia prima en productos farmacéuticos o en alimentos para bebés. Sin embargo, una vez separadas las proteínas y la lactosa, queda la 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 de Hermsdorf, junto con la Universidad Técnica de Dresde, han desarrollado ahora un proceso para extraer de la melaza el valioso acetato de etilo, un disolvente incoloro. El acetato de etilo suele utilizarse en la fabricación de adhesivos, tintas de impresión o barnices. También puede utilizarse para limpiar superficies.
Hasta ahora, el acetato de etilo se producía a partir de gas natural y derivados del petróleo. En cambio, la producción de acetato de etilo a partir de suero de leche da lugar a un producto claramente superior al de los disolventes perjudiciales para el medio ambiente por su fácil degradación microbiana y, además, es independiente de las fluctuaciones del precio del gas natural y del petróleo. Otra ventaja: el proceso desarrollado por TU Dresden y Fraunhofer IKTS hace innecesaria la costosa eliminación de la melaza. El acetato de etilo separado ofrece una alta pureza del 97,5% y, por tanto, puede utilizarse inmediatamente como materia prima sin necesidad de otros 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 está ventilado para permitir las condiciones aeróbicas. La reacción forma una mezcla de gas y vapor que contiene acetato de etilo. A continuación, se separa mediante unas membranas compuestas especiales. "Queda una mezcla de gas y vapor de agua como producto de desecho, que puede liberarse al medio ambiente sin problemas", explica el Dr. Marcus Weyd, director del grupo de Tecnología de Procesos de Membranas y Modelado.
En el desarrollo de la membrana, los investigadores del Fraunhofer IKTS aportaron sus décadas de experiencia en el campo de los materiales, especialmente en las tecnologías de membranas. La membrana compuesta, desarrollada especialmente para el proceso, consiste en una combinación de polímeros y partículas inorgánicas a base de zeolita. "Utilizamos caucho de silicona líquida 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 sólo 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 zeolita y los nanocompuestos.
Aunque la membrana está dotada de poros, el proceso de separación real, en el que se separa el acetato de etilo, no funciona como un tamiz. En su lugar, el efecto de separación de gases se crea por las interacciones entre la zeolita y el acetato de etilo. "Las moléculas son adsorbidas por la zeolita, se deslizan por la superficie de los poros y se difunden a través de la membrana compuesta", explica el Dr. Hoyer. Tampoco es necesario aplicar una presión elevada para "forzar" el acetato de etilo a través de la membrana. "Basta con crear una determinada diferencia de presión parcial para iniciar la reacción química y la posterior difusión".
Se busca: posibles usos de la melaza
La idea surgió de una iniciativa de la TU Dresden, que buscaba formas de utilizar la melaza y acudió al Fraunhofer IKTS en busca de ayuda. El equipo de la TU se ocupó del proceso de fermentación, mientras que el equipo del Fraunhofer se encargó de desarrollar y optimizar la tecnología de membranas.
"Hemos conseguido producir una membrana muy avanzada con poros extremadamente pequeños mediante un proceso relativamente sencillo y rentable", resume el Dr. Weyd. Para las empresas industriales, el hecho de que el proceso de separación de gases conste de una sola etapa y, por tanto, sólo requiera un número reducido de módulos de membrana y control, supone una ventaja práctica. Una vez configurados correctamente los parámetros del proceso de fermentación y separación de gases, el proceso de separación funciona por sí solo y de forma estable.
Lo siguiente en la agenda de los investigadores es ampliar el tamaño de los módulos de membrana para que la tecnología esté disponible para su uso industrial. La tecnología tiene más aplicaciones que la simple extracción de acetato de etilo de la melaza: Puede utilizarse en cualquier proceso que requiera separar mezclas de gases o filtrar componentes volátiles como los hidrocarburos.
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