Biobasierte Additive aus Sekundären Pflanzenstoffen (SPS)

Biobasierte Additive können in zahlreichen technischen Produkten als Ersatz für fossilbasierte Inhaltsstoffe eingesetzt werden. Mögliche Anwendungen sind z. B. Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Reibungsminderer oder Verschleißschutzmittel in Schmierstoffen, Lacken und Klebstoffen. Die Additive werden aus Proteinen und sekundären Pflanzenstoffen (SPS) hergestellt, die sich von Natur aus durch hochfunktionelle Eigenschaften auszeichnen. Die Funktionalität der Additive kann durch eine gezielte Rohstoffwahl beeinflusst werden.

Nutzung von Reststoffen der Agrar- und Lebensmittelindustrie

Zur Isolation unterschiedlicher SPS-Stoffklassen konzipieren wir effiziente Extraktionsverfahren aus verschiedenen pflanzlichen Roh- und Reststoffen. Unser Fokus liegt auf der Nutzung von Nebenströmen der Lebensmittel- und Agrarindustrie, die bisher keiner Wertgebung zugeführt werden. In weiterer Folge entwickeln wir Modellformulierungen auf Wasserbasis, Lösungsmittelbasis oder Ölbasis, um die SPS in unterschiedlichen flüssigen Medien lösbar zu machen.

Genaue Analyse von Additiven in Zielanwendungen

Während der Entwicklung von Additiven prüfen wir sowohl die Funktionalität als auch Wechselwirkungen mit anderen Formulierungsbestandteilen. Wir haben die Möglichkeit alle Entwicklungsschritte von der Gewinnung der SPS bis zur Herstellung einer anwendungsfertigen Formulierung, die ein biobasiertes Additiv als Inhaltsstoff enthält, bei uns im Haus durchzuführen. Alle Arbeiten sind vom Labormaßstab bis zum Technikumsmaßstab möglich.

Rohstoffe für biobasierte Additive

Sowohl in der Lebensmittelindustrie als auch in der Agrarwirtschaft fallen häufig pflanzliche Reststoffe an, die einen hohen Gehalt an funktionellen Inhaltsstoffen wie z. B. Proteine und SPS (sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe) aufweisen. Beispiele hierfür sind Reste aus der Obst- (z. B. Apfeltrester) und Gemüseverarbeitung (z. B. Kohl), sowie aus der Ölproduktion, wie Oliven- oder Rapspresskuchen und viele weitere Pflanzenreststoffe.

Aufbauend auf unser umfangreiches Rohstoffwissen forschen wir kontinuierlich an der produktspezifischen Optimierung effizienter Verfahren zur Extraktion, Aufreinigung und Stabilisierung von pflanzlichen Produkten. So gewinnen wir hochwertige pflanzliche Proteine, Pflanzenöle, sekundäre Pflanzenstoffe und Faserstoffe.

Unser Ziel ist es, unter Berücksichtigung von Reststoffverfügbarkeiten und -preisen, ungenutzte Stoffströme, im Sinne der Bioökonomie und ganzheitlichen Rohstoffnutzung, zu erschließen und wertgebend weiter zu verarbeiten statt zu entsorgen.

Entwicklung spezifischer Extraktionsverfahren

Um Pflanzenextrakte mit einer möglichst großen Ausbeute zu gewinnen und zugleich eine möglichst hohe Funktionalität der Extrakte zu erzielen, passen wir die Extraktionsverfahren spezifisch an die Rohstoffe an.

Wir haben sowohl die Möglichkeit, mit organischen Lösungsmitteln zu extrahieren als auch besonders schonend durch Einsatz von überkritischem CO₂. Die Extraktionen können explosionsgeschützt sowohl im Perkolationsverfahren als auch im Immersionsverfahren durchgeführt werden. Aufbereitungsschritte wie Filtration, Destillation und Konzentrierung finden ebenfalls unter Explosionsschutzbedingungen statt.

Musterproduktionen sind im Labor und nach Scale-Up in unseren Pilotanlagen bis zu einem Maßstab von 300 l inklusive einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung möglich.

Analytik und funktionelle Charakterisierung

Der erfolgreiche Einsatz bioabbaubarer Additive setzt voraus, dass potenzielle Additivsubstanzen möglichst genau charakterisiert werden. Dazu gehört sowohl eine quantitative als auch qualitative Bestimmung der Zusammensetzung sowie die Erstellung eines physikalischen und funktionellen Eigenschaftsprofils.

Besonders wichtig ist die Prüfung der Eigenschaften in der jeweiligen Anwendung sowie die Stabilität und das Lagerverhalten. Die Zielanwendung wird durch detailliierte chemische und physikalische Analysen genauestens untersucht. Auch Wechselwirkungsmechanismen mit anderen Formulierungsbestandteilen gehen in die Untersuchungen mit ein.

Zur Optimierung der Funktionalität haben wir die Möglichkeit, enzymatische, chemische und physikalische Modifikationsschritte durchzuführen.

Anwendung biobasierter Additive

Je nach Zielanwendung und Rohstoffangebot prüfen wir, welche Einsatzmöglichkeiten in Frage kommen. Die Wirtschaftlichkeit der Prozesse und die Möglichkeit zur industriellen Umsetzung fließen in die Betrachtungen mit ein. Schmierstoffe enthalten beispielsweise eine Vielfalt an Additiven um den besonderen Anforderungen der jeweiligen Anwendung gerecht zu werden.

Antioxidantien

Pflanzliche Öle, die bereits als Basis für Bioschmierstoffe Verwendung finden, sind besonders anfällig gegenüber Oxidation und müssen zur Stabilitätserhöhung zusätzlich mit Additiven versetzt werden. Dafür eignen sich besonders SPS-reiche Extrakte, die für ihre antioxidativen Eigenschaften bekannt sind.

Korrosionsinhibitoren

Da z.B. Hydraulikschmierstoffe zu einem Großteil aus Wasser bestehen, ist ein Korrosionsschutz in der Formulierung essentiell. Pflanzenextrakte, die zu großen Teilen aus SPS bestehen, welche aufgrund ihrer chemischen Struktur ein hohes antikorrosives Potential aufweisen, können konventionelle Korrosionsschutzadditive ersetzen. Durch die Kombination verschiedener SPS ergibt sich aufgrund eines synergistischen Effekts sogar eine Wirkungsverstärkung.

Verschleißschutzadditive

Im Bereich Getriebeschmierstoff spielt vor allem der auftretende Verschleiß eine wesentliche Rolle, weshalb Verschleißschutzadditive zugesetzt werden, die sich mit der Metalloberfläche zu einem schützenden Film verbinden. Proteine und SPS können auch als biobasierte Reibungsverminderer bzw. als Verschleißschutzadditive in hydrophilen und auch in lipophilen Systemen eingesetzt werden.

Biobasierte funktionelle Additive finden in verschiedenen biobasierten technischen Produkten Anwendung. Weitere Informationen zu biobasierten technischen Produkten