Nachhaltige Wertschöpfung aus Molkerückständen: Innovatives Verfahren zur Lösungsmittelproduktion

In der Milchindustrie fallen täglich große Mengen Molke als Nebenprodukt an. So entstehen bei der Herstellung eines Kilogramms Käse beispielsweise 9 Kilogramm Molke. Allein in Deutschland sind das pro Jahr über 12 Mio. Tonnen. Während ein Teil dieser Molke zur Herstellung von Molkenprotein oder Laktose genutzt wird, bleibt eine mineralstoffreiche Restflüssigkeit – die Melasse – oft ungenutzt oder verursacht hohe Entsorgungskosten.

Hier setzt ein vom FEI koordiniertes Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) an, in das ein Forschungsteam der Technischen Universität Dresden und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Hermsdorf (Thüringen) involviert sind. Ziel ist es, aus dieser Melasse auf nachhaltigem Wege Ethylacetat zu gewinnen – ein vielseitig einsetzbares organisches Lösungsmittel, das bisher ausschließlich petrochemisch aus Erdgas hergestellt wird. Ethylacetat ist eine umweltfreundliche, leicht abbaubare Alternative zu herkömmlichen Lösungsmitteln. Da der Markt für Ethylacetat kontinuierlich wächst, kann eine künftige biotechnologische Produktion nicht nur ökologisch von Vorteil sein, sondern auch wirtschaftliches Potenzial für die Milchindustrie erschließen. Zudem kann sie fossile Rohstoffe ersetzen und gleichzeitig eine sinnvolle Nutzung von Molkenrückständen ermöglichen, die bislang oft als schwer verwertbarer Abfall gelten.

Im Fokus des innovativen Prozesses steht die Hefe Kluyveromyces marxianus, die in der Lage ist, aus der in der Melasse enthaltenen Lactose Ethylacetat zu synthetisieren. Dies bietet mehrere Vorteile gegenüber der bisher etablierten Ethanolproduktion aus Melasse, vor allem hinsichtlich der Effizienz: So ist unter anderem die Prozessdauer viel kürzer und der Energieaufwand zur Produktgewinnung deutlich geringer. Ein entscheidender technologischer Fortschritt liegt in der Art und Weise, wie das Ethylacetat aus dem Prozessstrom abgetrennt wird: Während klassische Verfahren meist energieintensive Destillationen erfordern, setzt das Projekt auf eine Membrantrennung, die das Lösungsmittel direkt aus der Abluft des Bioreaktors gewinnt. Dies senkt den Energiebedarf erheblich und macht den Prozess insgesamt effizienter.

Nachdem in dem vorangegangen Projekt AiF 20311 BR bereits ein Proof of Concept erfolgreich erbracht wurde, konzentriert sich das aktuelle Vorhaben auf die Optimierung und Skalierung des Verfahrens. Eine zentrale Herausforderung besteht in der Weiterentwicklung der Hefe, insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Salztoleranz, damit die Produktion auch in hochkonzentrierten Melassen stabil läuft. Diese Arbeiten werden an der Forschungseinrichtung 1 in Dresden durchgeführt. Zudem werden hier Strategien erarbeitet, um die Produktivität durch Biomasse-Recycling weiter zu steigern. Parallel dazu entwickelt die Forschungseinrichtung 2 in Hermsdorf die Membranmaterialien weiter, um eine noch höhere Trennleistung zu erreichen. Ebenso wird hier eine Pilotanlage erprobt, die die industrielle Anwendbarkeit des Verfahrens unter realistischen Bedingungen demonstrieren soll.

Nach Abschluss der Forschungsarbeiten soll das Verfahren nicht nur für Molkereien eine nachhaltige Wertschöpfung aus Nebenströmen ermöglichen, sondern auch auf weitere Reststoffe der Lebensmittelindustrie übertragbar sein – etwa auf Nebenprodukte der Obstverarbeitung oder Melassen der Zuckerindustrie. Gleichzeitig eröffnet die innovative Kopplung von mikrobieller Synthese mit Membrantrennung neue Perspektiven für den Anlagenbau, insbesondere für Unternehmen, die bisher auf Flüssigfiltration spezialisiert sind und damit in den Bereich der Gastrennung expandieren könnten. Mit dem IGF-Projekt wird ein innovativer und nachhaltiger Weg für die industrielle Biotechnologie beschritten, der sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile bietet. Durch die Nutzung eines bislang wenig erschlossenen Rohstoffs könnte die biobasierte Ethylacetat-Produktion nicht nur fossile Alternativen ersetzen, sondern auch einen wertvollen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten.


Informationen zum IGF-Projekt 01IF23055N "Produktion von Ethylacetat aus Molkerückständen mit Kluyveromyces marxianus und Produktgewinnung mittels Membranverfahren"



... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)