Micrografia eletrônica de varredura de uma membrana composta. As moléculas de acetato de etila difundem-se através dos poros da camada de zeólita, que têm apenas 0,5 nm de tamanho, para o outro lado da membrana. Crédito:Fraunhofer IKTS
Todos os dias, grandes quantidades de soro de leite são produzidas como subproduto pela indústria de laticínios. Só na Alemanha, isso equivale a 12,6 milhões de toneladas por ano. Para cada quilo de queijo, por exemplo, são produzidos 9 quilos de soro de leite. Parte disso é processada posteriormente, por exemplo, em bebidas à base de soro de leite com aditivos de frutas ou outras bebidas mistas. A lactose e as proteínas contidas no soro também podem ser separadas e utilizadas de outras formas, por exemplo, como matéria-prima em produtos farmacêuticos ou em alimentos para bebês. No entanto, uma vez que as proteínas e a lactose foram separadas, o melaço permanece. O descarte dessa substância é muito complicado e caro, devido ao seu teor de sal relativamente alto.
Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Tecnologias e Sistemas Cerâmicos IKTS em Hermsdorf, juntamente com a TU Dresden, desenvolveram agora um processo para extrair o valioso acetato de etila, um solvente incolor, do melaço. O acetato de etila é frequentemente usado na fabricação de adesivos, tintas de impressão ou vernizes. Também pode ser usado para limpar superfícies.
Até agora, o acetato de etila era produzido a partir de gás natural e derivados de petróleo. A produção de acetato de etila a partir de soro de leite, por outro lado, resulta em um produto claramente superior quando comparado a solventes prejudiciais ao meio ambiente devido à sua fácil degradabilidade microbiana e também independente das flutuações de preço do gás natural e do petróleo bruto. Outra vantagem:o processo desenvolvido pela TU Dresden e Fraunhofer IKTS torna desnecessária a dispendiosa eliminação do melaço. O acetato de etila separado oferece uma alta pureza de 97,5% e, portanto, pode ser usado imediatamente como matéria-prima sem etapas adicionais de processamento.
Depois que o melaço é fermentado no biorreator, a mistura gás-vapor resultante é passada através de um módulo de membrana e o valioso acetato de etila é separado. Crédito:Fraunhofer IKTS
Fermentação do melaço e separação na membrana Em princípio, o processo de separação é simples. Para começar, o melaço é fermentado em um biorreator, que é ventilado para permitir condições aeróbicas. A reação forma uma mistura gás-vapor que contém acetato de etila. Este é então separado usando membranas compostas especiais. "Uma mistura de gás e vapor de água permanece como um produto residual, que pode ser liberado no meio ambiente sem problemas", diz o Dr. Marcus Weyd, gerente do grupo de Modelagem e Tecnologia de Processo de Membrana.
No desenvolvimento da membrana, os pesquisadores da Fraunhofer IKTS contribuíram com décadas de experiência na área de materiais, principalmente tecnologias de membrana. A membrana composta, desenvolvida especialmente para o processo, consiste em uma combinação de polímeros e partículas inorgânicas à base de zeólita. "Usamos borracha de silicone líquido como polímero. Esta é misturada com zeólita (silicalita-1), aplicada a um velo de poliéster de suporte e curada. A membrana tem apenas 10 µm de espessura total e o tamanho dos poros é de 0,5 nm", explica o Dr. .Thomas Hoyer, especialista na área de membranas zeólitas e nanocompósitos.
Mesmo que a membrana esteja equipada com poros, o próprio processo de separação, no qual o acetato de etila é separado, não funciona como uma peneira. Em vez disso, o efeito de separação de gás é criado por interações entre zeólita e acetato de etila. "As moléculas são adsorvidas pela zeólita, deslizam ao longo das superfícies dos poros, fazendo com que se difundam através da membrana composta", explica o Dr. Hoyer. Também não é necessário aplicar alta pressão para "forçar" o acetato de etila através da membrana. "Criar uma certa diferença de pressão parcial é suficiente para iniciar a reação química e a difusão subsequente."
Planta de demonstração com um módulo de membrana para separar o acetato de etila do melaço de soro de leite. Crédito:Fraunhofer IKTS
Procurado:possíveis usos para o melaço A ideia surgiu a partir de uma iniciativa da TU Dresden, que procurava formas de utilizar o melaço e recorreu à ajuda do Fraunhofer IKTS. A equipe da TU tratou do processo de fermentação, enquanto a equipe da Fraunhofer ficou encarregada de desenvolver e otimizar a tecnologia de membranas.
"Conseguimos produzir uma membrana altamente avançada com poros extremamente pequenos por meio de um processo relativamente simples e econômico", resume o Dr. Weyd. Para empresas industriais, o fato de o processo de separação de gases consistir em apenas um estágio e, portanto, exigir apenas um pequeno número de membranas e módulos de controle é uma vantagem prática. Uma vez configurados corretamente os parâmetros do processo de fermentação e separação de gases, o processo de separação é executado de forma autônoma e estável.
O próximo passo na agenda dos pesquisadores é dimensionar o tamanho dos módulos de membrana para disponibilizar a tecnologia para uso industrial. A tecnologia tem mais aplicações do que apenas extrair acetato de etila do melaço:pode ser usada em qualquer processo que exija a separação de misturas de gases ou a filtragem de componentes voláteis, como hidrocarbonetos.
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