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Verbleib von spurenschadstoffen bei der methylesterherstellung aus altspeisefett im technikumsmaßstab

  • Oliver Falk1,
  • Hubertus Wichmann1Email author,
  • Petra Jopke1,
  • Christiane Schmidt-Nädler1,
  • Birthe Matthies1,
  • Müfit Bahadir1 und
  • Roland Meyer-Pittroff2
Umweltwissenschaften und Schadstoff-ForschungBridging Science and Regulation at the Regional and European Level200416:160400255

https://doi.org/10.1065/uwsf2004.02.077

Eingegangen: 12. September 2003

Angenommen: 6. Februar 2004

Publiziert: 1. Dezember 2004

Zusammenfassung

Hintergrund und Ziel

In Deutschland werden jährlich ca. 120.000 t Altspeisefette aus Gastronomie und Lebensmittelindustrie gesammelt. Bis vor kurzem fanden diese Fette größtenteils als Futtermittelbestandteil Verwendung. Ausgelöst durch Futtermittelskandale und die BSE-Krise werden die Fette kaum noch als Tierfutterergänzung eingesetzt. Heute substituieren sie in der chemischen Industrie z.T. frische Pflanzenöle und werden auch als Rohstoff für die Biodieselherstellung verwendet. Diese Randbedingungen legen es nahe, nach neuen Verwertungswegen zu suchen. Von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) wird daher ein Verbundprojekt finanziert, in dessen Rahmen durch Umesterung der Fette Grundöle für Kühlschmierstoffe (KSS) hergestellt und die KSS-Produkte anschließend in der spanenden Bearbeitung von Metallen in der Praxis getestet werden.

Methoden

In einem ersten Schritt wurden durch analytische Untersuchungen die Eigenschaften und die Qualität von sieben verschiedenen Altspeisefetten festgestellt. Die fettspezifischen Parameter umfassten Gesamtverschmutzung, Sulfatasche, Wassergehalt, Peroxidzahl, Jodzahl, kinematische Viskosität, Säurezahl (freie Fettsäuren) und Fettsäurespektrum.

Im folgenden Schritt wurde eine Verfahrensentwicklung/-optimierung für die Methylesterherstellung unter Einsatz des Rohstoffs Altspeisefett durchgeführt, die in der Konstruktion einer Technikumsanlage mündete. Um den Verbleib von Schadstoffen während der Altfettmethylesterherstellung zu untersuchen, wurden Proben eines der Fette gezielt mit PCB, PAK, PCDD, PCDT und den Elementen Al, Cd, Cr, Cu, Ni, P, Pb, Sn und Zn versetzt. Diese dotierten Fettproben wurden unter Nachstellung des Verfahrens zur Methylesterherstellung im Labormaßstab umgesetzt und die einzelnen Haupt- und Nebenprodukte anschließend analysiert.

Ergebnisse

Die fettspezifischen Parameter lieferten wertvolle Hinweise für die Auslegung des technischen Prozesses zur Herstellung der Fettsäuremethylester. So erwiesen sich Filtration und Entwässerung der Ferte als notwendig. Die für die Kühlschmierstoffherstellung interessierenden gesättigten Fettsäuren repräsentierten 11,3% bis 31,6% des Fettsäurespektrums. Da die Mischfettproben einen relativ geringen Anteil an freien Fettsäuren aufwiesen, konnte bei der Entwicklung des Verfahrens zur Methylesterherstellung auf eine basisch katalysierte Umesterung ohne Vorveresterung der freien Fettsäuren zugegriffen werden. Spurenanalytische Untersuchungen bezüglich anorganischer und organischer Schadstoffe belegten die niedrige Grundbelastung eines Altspeisemischfettes. Dotierexperimente zur Fettsäuremethylester-Herstellung zeigten eine bevorzugte Anreicherung der Schwermetalle im Glycerin. Die organischen Schadstoffe wurden hingegen zu 80 bis 95% in der Methylesterfraktion nachgewiesen.

Ausblick

In einem nächsten Schritt soll der Prozess der Weiterverarbeitung der Methylester zu Monoalkylestern mit Alkoholen der Kettenlänge C2 bis C8 vorgestellt werden. Damit verbunden werden Ergebnisse chemisch-analytischer Untersuchungen präsentiert werden, die sowohl beim Herstellungsprozess als auch während des Kühlschmierstoffeinsatzes an der Werkzeugmaschine durchgeführt wurden.

Schlagwörter

Altspeisefett Biodiesel Fettanalytik Fettsäuremethylester Kühlschmierstoff PAK PCB PCDD/F Schwermentalle

Notes