Reinigung von Aminosäuren mit Aktivkohle
Bei der Herstellung von Aminosäuren sind hohe Reinheitsstandards unerlässlich. DESOTEC verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Zusammenarbeit mit Kunden aus der chemischen Industrie, um die bestmöglichen Reinigungslösungen für jede einzelne Anwendung zu finden.
Markt und Treiber
Aminosäuren werden in der Futter- und Lebensmittelindustrie sowie in der Pharma-, Gesundheits- und Kosmetikbranche eingesetzt. Der Lebensmittelsektor löst den Tierfuttermarkt als größten Markt ab.
Bei Futtermitteln senken Aminosäurezusätze die Kosten, verbessern die Effizienz und fördern das Wachstum der Tiere. L-Lysin, DL-Methionin, L-Threonin und L-Tryptophan werden in diesem Sektor häufig verwendet.
Bei Lebensmitteln werden sie als Konservierungsmittel oder Geschmacksverstärker eingesetzt. Sie können auch zugesetzt werden, um eine ausreichende Zufuhr von essenziellen Aminosäuren zu gewährleisten, die der menschliche Körper nicht selbst herstellen kann. L-Glutaminsäure, L-Asparaginsäure und L-Phenylalanin werden häufig verwendet.
In der Gesundheitspflege werden sie zur Behandlung von Schlafstörungen und Verdauungsproblemen oder als Vorstufen für eine Reihe anderer Pharmazeutika verwendet. In der Kosmetik finden sie sich in Feuchtigkeitscremes.
Der Weltmarkt für Aminosäuren wird im Jahr 2020 auf 21 bis 25 Milliarden Euro geschätzt, mit einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate von 5-7 %.
Jährlich werden etwa 8 Millionen Tonnen Aminosäuren hergestellt. Die nicht-essentielle L-Glutaminsäure (zum Würzen von Lebensmitteln und als Futtermittelzusatz) und das essentielle L-Lysin (als Futtermittelzusatz und als Nahrungsergänzungsmittel) haben das größte Produktionsvolumen.
Herstellung von Aminosäuren
Es gibt mehrere Möglichkeiten, Aminosäuren zu produzieren. Biotechnologische Verfahren, nämlich Fermentation und enzymatische Katalyse, gewinnen an Bedeutung, während Extraktion und chemische Synthese an Bedeutung verlieren.
Für die Aminosäureproduktion durch Fermentation werden im Allgemeinen landwirtschaftliche Nebenprodukte als Ausgangsmaterial verwendet. Pflanzen wie Sojabohnen, Weizen, Mais, Kartoffeln und Erbsen, die mit Hilfe der Biotechnologie verarbeitet werden, machen den Großteil des weltweiten Umsatzes aus. Von den gebräuchlichsten Aminosäuren werden L-Glutamat und L-Lysin im Allgemeinen durch Fermentation von pflanzlichen Rohstoffen hergestellt.
Bei Aminosäuren, die durch Extraktion gewonnen werden, sind tierische Quellen am weitesten verbreitet. Cystein und Tyrosin werden auf diese Weise hergestellt.
DL-Methionin ist nach wie vor hauptsächlich auf Ölbasis und wird in der Regel durch chemische Synthese hergestellt.
Herausforderungen bei der Aufreinigung
In Anbetracht der betroffenen Sektoren ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Aminosäuren sehr hohe Reinheits- und Qualitätsstandards erfüllen.
Die häufigsten Verunreinigungen, die behandelt werden müssen, sind organische Stickstoffmoleküle, die als Farbe erkannt und durch UV-Transmission gemessen werden. Sie können durch Schwankungen des Ausgangsmaterials oder der Prozessparameter verursacht werden.
Eine Reinigung kann auch erforderlich sein, um:
- Verbesserung des Kristallisationsprozesses
- Verbesserung der Ausbeute durch Verringerung der Verluste
- Entfernung von toxischen oder schäumenden Verbindungen vor der Fermentation
- Verbesserung des Fermentationsprozesses.
Technologien zur Aufreinigung
Aktivkohle kann verwendet werden, um unerwünschte Moleküle aus Aminosäuren zu entfernen, und zwar während der Produktion und/oder als Polierschritt. Es gibt zwei Formen: als Pulver (PAC) und als Granulat (GAC).
PAC wird den Aminosäurelösungen zugesetzt, um die Verunreinigungen zu adsorbieren, und dann herausgefiltert. AKPF kann jedoch nicht reaktiviert werden, so dass ein Abfallstrom entsteht. Außerdem ist der Verbrauch in der Regel zwei- bis dreimal höher als bei körniger Aktivkohle (AKG).
Daher kann die Umstellung auf ein kontinuierliches Verfahren mit AKPF für die Kunden sinnvoll sein. Aktivkohle ist in Filtereinheiten enthalten und entfernt Verunreinigungen durch Adsorption am Filterbett. Sobald die Kohle gesättigt ist, kann sie in der Regel reaktiviert werden, was ihre Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit verbessert.
Aminosäurehersteller haben jedoch hohe Ansprüche an die Produktqualität und ziehen es vor, ihre eigene reaktivierte Kohle wiederzuverwenden, anstatt sich an einem allgemeinen Pool zu beteiligen. Für Großkunden können wir spezielle Reaktivierungsdienste anbieten, die die alleinige Nutzung und Wiederverwendung ihrer eigenen Aktivkohle ermöglichen.
Die Aktivkohlefiltration kann auch zur Behandlung von Abluftemissionen und Abwässern aus dem Aminosäureproduktionsprozess eingesetzt werden.
Fallstudien: Aminosäureaufbereitung in der Praxis
Wir haben eine langfristige Partnerschaft mit einem großen europäischen Hersteller einer essenziellen Aminosäure. Sein Produkt enthält noch Moleküle, die ihm eine leichte Farbe verleihen, und andere Verunreinigungen, die die Qualität mindern. Vor Ort sind mehrere Filter in Reihe geschaltet, um den Durchfluss von 20 - 40 m³/h zu behandeln. Um eine optimale Reinigung zu erreichen, wird der Prozess bei einer höheren Temperatur und einem niedrigen pH-Wert durchgeführt.
Wir arbeiten mit mehreren anderen Aminosäureherstellern in Europa zusammen. Einer von ihnen ist Evonik, der weltweit größte Hersteller von Methionin. Die Methionin-Produktlösung wird in GAC-Filtern behandelt, um die UV-Durchlässigkeit zu erhöhen und Nebenbestandteile zu entfernen. Bei Produktionsversuchen in Antwerpen ersetzte DESOTEC's erneuerbare körnige Aktivkohle (GAC) kohlebasierte GAC, wobei die hervorragende Leistung beibehalten wurde. Die Umstellung auf erneuerbare Aktivkohle wurde ohne Leistungseinbußen erfolgreich abgeschlossen. Labortests haben außerdem die Machbarkeit der Reaktivierung von GAC gezeigt, die in Kürze realisiert werden soll und weitere wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen wird.
Was den CO2e (CO2-Äquivalent)-Fußabdruck dieses Produktionsschritts betrifft, so führen der geringere Verbrauch, der sehr kleine CO2-Fußabdruck der erneuerbaren Aktivkohle selbst und die Möglichkeit, die Aktivkohle zu reaktivieren, zu einer erheblichen Verringerung der CO2-Äquivalent-Emissionen pro Tonne Produkt. So kann der Ersatz einer fossilen Aktivkohle durch eine erneuerbare Aktivkohle desselben Standards den CO2-Äquivalent-Fußabdruck um über 90 % für die neue Aktivkohle und um etwa 70 % für die reaktivierte Aktivkohle reduzieren.
Die Vorteile von DESOTECs Lösungen
DESOTEC verfügt über umfassende Erfahrung in der Entwicklung und Umsetzung von Lösungen auf der Basis von PAC und GAC für die Aminosäureproduktion. Wir wissen, dass jedes Unternehmen im Chemiesektor präzise und einzigartige Anforderungen hat.
Vor der Implementierung einer großtechnischen Lösung führen wir umfangreiche Labortests und In-situ-Versuche durch, um die optimale Kohlenstoffsorte und Filterkonfiguration zu ermitteln. Wenn wir nach den Tests zu dem Schluss kommen, dass unsere Lösung nicht die optimale ist, teilen wir dies dem Kunden mit. Wir erforschen und entwickeln ständig Möglichkeiten zur Verbesserung der Produkte und Dienstleistungen, die wir unseren Kunden anbieten.
Wir arbeiten eng mit unseren Kunden zusammen, um sehr hohe Qualitätskontrollen zu gewährleisten. Dank unseres Fachwissens sind wir in der Lage, Fehler zu beheben und die Ursache für auftretende Probleme zu finden.
Unsere Filter sind mobil und werden auf monatlicher Mietbasis geliefert, was sie zu einer flexiblen Lösung für viele Kunden im Chemiesektor macht.
Die Verwendung von reaktivierter und erneuerbarer Aktivkohle in mobilen Filtern gilt ebenfalls als nachhaltig, insbesondere bei der Herstellung von Aminosäuren auf Pflanzenbasis. Der CO₂e-Fußabdruck von Aminosäuren auf pflanzlicher Basis liegt Berichten zufolge in der Größenordnung von bis zu 20 kg CO₂e/kg Produkt. Der Verbrauch von AKPF liegt bei etwa 1 kg/100 kg Produkt und macht somit weniger als 0,1 % des gesamten CO₂e aus.
Sobald die AKG verbraucht ist, wird sie in geschlossenen Filtereinheiten von den Kunden zu den DESOTEC-Anlagen transportiert. Dies bedeutet, dass vor Ort keine Kohle gehandhabt werden muss und die Chemieanlagen staub- und schmutzfrei bleiben.
In den DESOTEC Öfen werden die Schadstoffe gemäß der europäischen Gesetzgebung vollständig zerstört, und die Kohle wird reaktiviert. Der Prozess wird kontinuierlich überwacht, so dass nur unschädlicher Wasserdampf die Kamine verlässt.
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