WO2014012129A9 - Method for producing a product using microorganisms and thus produced solid material - Google Patents
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- WO2014012129A9 WO2014012129A9 PCT/AT2013/050135 AT2013050135W WO2014012129A9 WO 2014012129 A9 WO2014012129 A9 WO 2014012129A9 AT 2013050135 W AT2013050135 W AT 2013050135W WO 2014012129 A9 WO2014012129 A9 WO 2014012129A9
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a product by means of
- the invention relates to a solid material produced by such a method. Furthermore, the invention relates to uses of constituents resulting from
- microorganisms for the production of various products.
- the object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with the solid materials with different applications can be obtained in an ecological process.
- Another object is to provide appropriately prepared solid materials and to illustrate uses thereof.
- the object is achieved according to the invention, when in a method of the type mentioned microorganisms which form a glycocalyx are bred, after which the microorganisms are harvested, whereupon the glycocalyx is separated from the remaining cell residues from the harvested microorganisms and the glycocix thus obtained with at least one other material is mixed to the Form product, wherein the recovered glycocalyx optionally before mixing in
- inventive method to produce a building material, but also a wood substitute material in this case, the properties of the glycocalyx are exploited, with which the microorganisms usually adhere to rock or the like.
- the glycocalyx has a multiplicity of binding sites, with which a coupling to a surface is possible. This also applies if the glycocalyx is isolated from the microorganisms.
- Carbon atoms which may be any organic compounds or salts thereof.
- the microorganisms can be grown in a water bed, which is preferably covered with an evaporation protection. Temperatures of 10 ° C to 30 ° C for the cultivation of microorganisms have proven to be useful.
- the cultivation of microorganisms is usually carried out under aerobic conditions at a pH of 8.5 to 9.5. During the cultivation it can also be provided that the microorganisms C0 2 is fed during the breeding. It is particularly preferred that the cultured microorganisms when harvesting with ropes from a breeding medium and then a sedimentation
- a harvest with ropes is particularly efficient because it is
- a capillary discharge of biomass or grown microorganisms can be carried out, which are then almost completely separated by sedimentation.
- the harvested microorganisms are dried. This allows the microorganisms to be temporarily stored and later processed.
- Ultrasonic treatment is separated from the cell debris.
- enzymes in particular glycosidases, a first hydrolysis or "withering" or loosening of the glycocalyx surrounding the cell wall of the protoplasts takes place
- Glycocalyx be separated from the remaining cell remains (protoplasm and cell wall).
- the pre-fermentation is preferably carried out anaerobically at a pH of 5.5 to 7.5. It can also be provided that one or more detergents are added to a mixture present after the pre-fermentation before the ultrasound treatment. This facilitates separation of the glycocalyx during the
- microorganisms can be completely processed into a product and, in principle, no residues of the microorganisms are produced.
- part of the remaining cell residues of the alcohol fermentation and the remaining part of the cell residues may be subjected to acid fermentation. It is also possible to subject the remainder of the cell remains to either alcoholic fermentation or acid fermentation only. Which fermentation or fermentation combination is used and in which proportion the remaining cell residues are optionally fed to an alcohol fermentation or an acid fermentation depends on the properties of the material or product to be produced.
- the purification may comprise a separation of fermentation products into a light fraction and a heavy fraction, the heavy fraction preferably being subjected to a further fermentation is to win acetic acid.
- the light fraction can be reacted to form Caiciumcarboxylaten.
- From the carboxylates can be obtained by photocatalysis CaO and / or Ca (OH) 2 , which can serve for setting a solid product.
- a hydraulically settable binder can be generated or obtained by adding clay minerals.
- the photocatalysis is preferably carried out in an oxidative environment.
- the recovered glycocalyx may be used as such or, if desired, split before mixing with the at least one other material. If the latter is provided, the glycocalyx obtained is preferably at least partially split into uronic acids and glycosides prior to mixing.
- the obtained glycocalix optionally after cleavage in preferably low molecular weight compounds, with sand and at least one binder, in particular a calcium compound such as
- a ratio of glycocalyx or its particular low molecular weight cleavage products to sand is advantageously 0.5 to 1.5, preferably 0.75 to 1.25.
- a ratio of glycocalyx or its low molecular weight cleavage products to the binder is advantageously from 1, 5 to 2.5, preferably from 1.75 to 2.25.
- the product is foamed before hardening. This can be achieved if the product for foaming to a temperature of more than 70 ° C, preferably more than 80 ° C, heated and subjected to a vacuum. When the mixture, which has not yet set and is still free to flow, is brought to temperature, this is due to the presence of the mixture Water a corresponding pressure. If a negative pressure is subsequently applied, boiling occurs, which leads to foaming of the crude product. In this way, for example, foamed structural panels can be produced. It is also possible that the glycocalyxe obtained, optionally after cleavage in low molecular weight compounds, with wood particles, especially wood flour is mixed.
- the recovered glycocalyx provides for an effective composite of the individual wood particles.
- the raw material or the mixture of glycocalyx and wood particles can be brought into a specific shape, for example a profile. It is also possible to press the mixture formed with the wood particles, for example to plates. Also an extrusion to bars or the like is possible.
- the Gelkleist ceremonies and thus the formation of a product in solid form can be done by the mixture formed with wood particles is heated. In general, temperatures of 50 ° C to 80 ° C are sufficient for this purpose.
- the obtained glycocalyx is mixed with fermentation products of the remaining cell residues.
- a kind of bioplastic can be obtained, wherein a gelatinization and thus a formation of a solid product similar to a wood substitute in the temperature range of 50 ° C to 80 ° C can take place.
- the further object of the invention is achieved by a solid material, which is produced by a method according to the invention.
- a solid material according to the invention is characterized in particular by the fact that this is at least partially recoverable from microorganisms, wherein the glycocalyx or their cleavage products serve as a cement in the solid material.
- the further object of the invention is achieved by a use of microorganisms isolated glycocalyx or fission products thereof for a building material, in particular a plate-shaped building material.
- the building material can be foamed.
- the object is also achieved by using microorganisms-isolated glycocalyx or fission products thereof for building materials with wood particles.
- Fig. 1 shows a microorganism
- Fig. 2 to 6 are schematic representations of inventive method
- Fig. 7 is a detailed diagram for producing a foamed building material
- Fig. 8 is a schematic representation of a photocatalysis for the preparation of
- a microorganism is schematically shown, which comprises a glycocalyx.
- the microorganism has a protoplasm surrounded by a cell wall.
- the microorganism is surrounded by a glycocalyx.
- Microorganisms which form a glycocalyx are to be found in particular among the unicellular, capsalic photosynthetic soil bacteria or unicellular eukaryotic species.
- Chromalveolates for example, from the order Chlorococcales, z.
- Gloecystis or Coenocystis so living in the Erdkrume
- FIGS. 2 to 6 show process sequences for processes according to the invention in which the glycocalyx of microorganisms or their cleavage products are used to produce a product.
- the product produced may in particular be a building material, a plastic-like product or a composite material. It is also possible to produce ecological lubricants or solidifying biocompatible products such as a gelatin substitute.
- Starting point in a method according to the invention is an cultivation of biomass or microorganisms which form a glycocalyx. After growing the biomass, the microorganisms are harvested. Subsequently, a so-called
- Vorfermentation in which in a manner to be explained, a compound of Cell wall and Glykokalix is loosened. Subsequently, a mechanical separation of the glycocalyx from the remaining cell residues, namely the protoplasts together with the cell wall, take place. The mechanical separation is preferably supported or initiated by ultrasound. Subsequently, the glycocalix can be separated off via a decanter, as shown in the schematic process sequences according to FIGS. 2 and 4 and 5. These process steps are identical in all processes according to FIGS. 2 and 4 and 5 and are the starting point for the production of a material
- Glykokalixan If the separation of the glycocalyx, the remaining cell remains or
- Protoplasts with cell walls are preferably subjected to one or more fermentations.
- initially carboxylic acid can be obtained.
- the carboxylic acid is then converted to a calcium carboxylate and then subjected to an electrochemical reaction under ultraviolet light irradiation, with a certain amount of sand being added to the calcium carboxylate.
- an electrochemical reaction under ultraviolet light irradiation, with a certain amount of sand being added to the calcium carboxylate.
- CaO calcium oxide
- Ca (OH) 2 calcium hydroxide
- the glycocalyx which has been isolated can be split in a hydrolysis to give low molecular weight compounds, for example, uronic acid esters.
- These low molecular weight cleavage products can finally be mixed with sand by means of the binder CaO and / or Ca (OH) 2 indirectly obtained via the fermentation of the remaining cell residues or protoplasts.
- a viscous raw mass is obtained.
- this viscous raw material can form a building material even after the binder has set.
- a mixing ratio of the components glycocalyx or cleavage products thereof to binder (CaO and / or Ca (OH) 2 ) and sand is preferably (0.75 to 1.5): 0.5: (0.75 to 1.5) ,
- porous building materials such as building materials, win.
- curing takes place after foaming.
- FIG. 3 the process flow of FIG. 2 is shown in a greatly simplified manner. As can be seen, the biomass used in the process is fully utilized to arrive at a concrete-like solid product.
- Fig. 4 is a similar method as shown in Fig. 2, wherein, however, the
- Fermentation of protoplasts is divided into two separate fermentation steps IIa and IIb.
- the first fermentation step IIa as shown in FIG. 2, at least one carboxylic acid is formed.
- glycerol is recovered, which is added as the recovered glycocalyx and sand of the viscous crude mass. Subsequently, a solidification or hardening of the viscous raw mass can take place immediately.
- a method according to FIG. 4 also comprises an energy recovery by
- Wood combustion although other types of biomass conversion can be provided.
- the resulting potash is used for the production of potassium hydroxide, which in turn serves for pH regulation in the electrochemical reaction for the recovery of CaO and / or Ca (OH) 2 .
- the other by-products that are generated are also used in the process. What is important is that from the
- Wood combustion-derived flue gases are passed over a biofilter and to increase productivity in biomass cultivation and breeding of
- FIG. 5 shows a method which operates essentially the same as the methods illustrated in FIGS. 2 to 4.
- sand is not used during the mixing of the components obtained from the microorganisms, but wood meal.
- a mass can be mixed, which can be pressed after pressing and pasting at a temperature of about 50 ° C to 80 ° C to building boards that are wood-like.
- the carboxylic acids from the fermentation are used to prepare the product.
- Fig. 6 a method is shown, which manages completely without foreign additives, which are not obtained from the cultivated microorganisms.
- a separation of glycocalyx and optionally a conversion into cleavage products for example by hydrolysis.
- the remaining cell residues are again subjected to fermentation, wherein
- Carboxylic acid and glycerol is recovered. By mixing the appropriate
- Ingredients and Verkleistern can be obtained a kind of bioplastic, which is solid and durable and based solely on biomass or cultivated microorganisms as a starting material.
- FIG. 7 shows individual process steps, which are used in particular in a method for obtaining a building material according to FIGS. 2 to 4, in greater detail.
- the individual process steps, which are designated by I to XVI, are used analogously also in the production of a wood-like material or a bioplastic, as far as the individual process steps according to FIG. 7 are required in these processes.
- Cultured microorganisms that form a glycocalyx The cultivation takes place in one or more pools, which are covered with an evaporation protection, preferably a hydrophobic film.
- the water baths are usually kept at a temperature of 10 ° C to 30 ° C.
- a pH is adjusted in a range of 8.5 to 9.5, which gives optimum conditions for cultivation of the microorganisms under aerobic conditions.
- an energy center (I) can be provided, with which energy is obtained for the operation of the method.
- the resulting flue gas is fed into a flue gas storage, in which carbon dioxide (C0 2 ) is separated, which can be supplied to the one or more pools in order to maximize growth of microorganisms.
- the flue gas is in a countercurrent process
- Sulfur dioxide (S0 2 ) is eliminated by obtaining sulfite or gypsum.
- the recovered algae or microorganisms are separated in a next step (VI).
- the separation initially comprises a pre-fermentation, which takes place in a suitably designed reactor with stirrer.
- this pre-fermentation which is carried out with common enzymes such as glycosidases, there is no complete separation of the glycocalyx from the remaining cell debris, but only a "wilting" which significantly loosens the strong cell wall-glycocalyx association Conditions are carried out at a pH of 6 to 7.
- the glycocalyx can be loosened so far that in a next step, a mechanical separation of the glycocalypate from the remaining cell remains is possible to facilitate a separation
- Detergents may first be added before mechanical separation of the glycocalyx from the other constituents, namely protoplasts and cell walls, is carried out by ultrasound treatment
- the glycocalyx may then be used as such per se for the production of a product nation IIa or IIb supplied. Fermentation IIa is followed by acid fermentation (VIII). Under aerobic conditions, the
- Protoplasts reacted with the use of suitable enzymes primarily to acetic acid. Part of the protoplasts or optionally in an alternative also the entire portion can be fed to a fermentation IIb or alcohol fermentation. In this case, sulfite can be used to keep a high sulfur content and thus in the
- Alcohol fermentation primarily to obtain glycerol, which can be used as described above for certain products.
- the remainder is primarily ethanol (VII).
- the products obtained from the fermentations IIa or IIb can, but this is not mandatory, still be purified (IX). Also not mandatory, but can be provided that the isolated glycocalyx is dried (V), optionally also a degree of moisture can be adjusted.
- a hydrolysis of the Glykokalixmasse done, with a separation into low molecular weight products such as uronic acids and glycosides occurs (XI).
- the usually acidic hydrolysis, which preferably takes place at a pH of ⁇ 4, is as shown in Fig. 7 suitably coupled with a basic condensation reaction. In the basic condensation reaction, an increase in viscosity occurs
- a photocatalytic cleavage of the calcium carboxylates can by substance concentration before
- Photocatalyst be made more efficient, wherein suitably a voltage for the electrophoresis is applied.
- a pH adjustment can be used with
- Chlorophyll derivatives take place, which are recoverable from the light fraction in step IX.
- a viscous raw material in a further step (XIII), sand, glycocalyx or cleavage products thereof and a binder in the form of CaO and / or Ca (OH) 2 are mixed together to form a viscous raw material.
- This viscous raw mass can then be cured to form a dense or pore-free material to a building material.
- further steps (XV) it is also possible, according to further steps (XV) to press the still viscous raw material and at the same time to heat it.
- the viscous raw mass can be guided into a chamber in which a vacuum can spontaneously be applied to the heated, viscous raw mass, which as a rule has a temperature of about 70 ° C. to 100 ° C.
- a porous building material can be obtained, which can then be delivered (XVI).
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung eines Produktes mithilfe von Mikroorganismen und damit hergestelltes festes Material Process for producing a product using microorganisms and solid material produced therewith
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes mithilfe von The invention relates to a method for producing a product by means of
Mikroorganismen. Microorganisms.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mit einem derartigen Verfahren hergestelltes festes Material. Schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen von Bestandteilen, die aus Furthermore, the invention relates to a solid material produced by such a method. Finally, the invention relates to uses of constituents resulting from
Mikroorganismen isoliert werden. Be isolated microorganisms.
In der Herstellung von Baumaterialien, aber auch Materialien für tägliche Konsumgüter wie Verpackungsmaterialien besteht gegenwärtig ein erhebliches Interesse, neue In the manufacture of building materials, but also materials for daily consumer goods such as packaging materials is currently a significant interest, new
Materialien zu finden, die sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit auszeichnen und insbesondere durch ökologische Verfahren gewonnen werden können. Find materials that are characterized by high environmental impact and can be obtained in particular by ecological processes.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Mikroorganismen zur Herstellung diverser Produkte einzusetzen. Eine Verwendung von Mikroorganismen selbst bzw. deren From the prior art it is known to use microorganisms for the production of various products. A use of microorganisms themselves or their
Bestandteile zur Herstellung eines Produktes wird dabei allerdings kaum in Betracht gezogen. However, components for the production of a product are hardly considered.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem in einem ökologischen Verfahren feste Materialien mit verschiedenen Einsatzbereichen gewinnbar sind. This is where the invention starts. The object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with the solid materials with different applications can be obtained in an ecological process.
Ein weiteres Ziel ist es, entsprechend hergestellte feste Materialien anzugeben sowie Verwendungen derselben darzustellen. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden, gezüchtet werden, wonach die Mikroorganismen geerntet werden, worauf aus den geernteten Mikroorganismen die Glykokalix von den übrigen Zellresten abgetrennt wird und die so gewonnene Glykokalix mit zumindest einem weiteren Material gemischt wird, um das Produkt zu bilden, wobei die gewonnene Glykokalix optional vor dem Mischen in Another object is to provide appropriately prepared solid materials and to illustrate uses thereof. The object is achieved according to the invention, when in a method of the type mentioned microorganisms which form a glycocalyx are bred, after which the microorganisms are harvested, whereupon the glycocalyx is separated from the remaining cell residues from the harvested microorganisms and the glycocix thus obtained with at least one other material is mixed to the Form product, wherein the recovered glycocalyx optionally before mixing in
Verbindungen gespalten werden kann. Connections can be split.
Die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch Züchtung von Glykokalix ausbildenden Mikrorganismen und anschließende Abtrennung bzw. Gewinnung der Glykokalix ein exzellentes Material zur Verfügung steht, das in einem weiteren Schritt mit einem weiteren Material gemischt wird, um schließlich das Produkt zu bilden. Je nach Art des weiteren Materials können dabei Materialeigenschaften abgestimmt werden. So ist es möglich, mit einem The advantages achieved by a method according to the invention can be seen in particular in the fact that an excellent material is available by culturing glycocix forming microorganisms and subsequent separation or recovery of the glycocalyx, which material is mixed with another material in a further step in order finally to obtain the To form product. Depending on the nature of the other material material properties can be tuned. So it is possible with one
erfindungsgemäßen Verfahren einen Baustoff, aber auch einen Holzersatzwerkstoff herzustellen. Dabei werden die Eigenschaften der Glykokalix ausgenutzt, mit welchem die Mikroorganismen üblicherweise an Gestein oder dergleichen haften. Die Glykokalix weist eine Vielzahl von Bindungsstellen auf, mit welchen eine Kopplung an eine Oberfläche möglich ist. Dies gilt auch, wenn die Glykokalix aus den Mikroorganismen isoliert ist. Optional besteht auch die Möglichkeit, die Glykokalix vor dem Mischen mit dem weiteren Material in insbesondere niedermolekulare Verbindungen zu spalten, z. B. durch inventive method to produce a building material, but also a wood substitute material. In this case, the properties of the glycocalyx are exploited, with which the microorganisms usually adhere to rock or the like. The glycocalyx has a multiplicity of binding sites, with which a coupling to a surface is possible. This also applies if the glycocalyx is isolated from the microorganisms. Optionally, it is also possible to cleave the glycocalyx prior to mixing with the other material in particular low molecular weight compounds, for. B. by
Hydrolyse im sauren pH-Bereich, um Materialeigenschaften abzustimmen bzw. zu optimieren. Als niedermolekulare Verbindung werden solche mit bis zu 35 Hydrolysis in the acidic pH range to tune or optimize material properties. As low molecular weight compounds are those with up to 35
Kohlenstoffatomen verstanden, wobei es sich um beliebige organische Verbindungen oder Salze davon handeln kann. Carbon atoms, which may be any organic compounds or salts thereof.
Im Rahmen der Erfindung werden üblicherweise fototrophe bodenlebende In the context of the invention are usually fototrophic soil living
Mikroorganismen eingesetzt. Dabei können die Mikroorganismen in einem Wasserbett gezüchtet werden, das bevorzugt mit einem Verdunstungsschutz überdeckt wird. Dabei haben sich Temperaturen von 10 °C bis 30 °C für die Züchtung der Mikroorganismen als zweckmäßig erwiesen. Die Anzucht der Mikroorganismen erfolgt in der Regel unter aeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 8,5 bis 9,5. Bei der Züchtung kann auch vorgesehen sein, dass den Mikroorganismen während des Züchtens C02 zugeführt wird. Besonders bevorzugt ist es, dass die gezüchteten Mikroorganismen beim Ernten mit Seilen aus einem Zuchtmedium geführt und anschließend einer Sedimentation Used microorganisms. In this case, the microorganisms can be grown in a water bed, which is preferably covered with an evaporation protection. Temperatures of 10 ° C to 30 ° C for the cultivation of microorganisms have proven to be useful. The cultivation of microorganisms is usually carried out under aerobic conditions at a pH of 8.5 to 9.5. During the cultivation it can also be provided that the microorganisms C0 2 is fed during the breeding. It is particularly preferred that the cultured microorganisms when harvesting with ropes from a breeding medium and then a sedimentation
unterworfen werden. Eine Ernte mit Seilen ist besonders effizient, weil dabei be subjected. A harvest with ropes is particularly efficient because it is
beispielsweise über ein Seil mit hydrophilen Fasern ein kapillarer Austrag der Biomasse bzw. gezüchteten Mikroorganismen erfolgen kann, die anschließend über Sedimentation nahezu vollständig abtrennbar sind. For example, via a rope with hydrophilic fibers a capillary discharge of biomass or grown microorganisms can be carried out, which are then almost completely separated by sedimentation.
Es ist nicht zwingend, kann aber vorgesehen sein, dass die geernteten Mikroorganismen getrocknet werden. Dies erlaubt es, die Mikroorganismen zwischenzeitlich zu lagern und später zu verarbeiten. It is not mandatory, but it can be provided that the harvested microorganisms are dried. This allows the microorganisms to be temporarily stored and later processed.
Günstig ist es, wenn die Glykokalix durch Vorfermentation und anschließende It is favorable, if the Glykokalix by Vorfermentation and subsequent
Ultraschallbehandlung von den Zellresten abgetrennt wird. Bei der Vorfermentation erfolgt unter Sauerstoffausschi uss durch Enzyme, insbesondere Glykosidasen, eine erste Hydrolyse bzw. ein„Anwelken" bzw. Lockern der Glykokalix, welche die Zellwand der Protoplasten umgibt. Durch anschließende Ultraschallbehandlung kann dann die Ultrasonic treatment is separated from the cell debris. In the pre-fermentation under oxygen release by enzymes, in particular glycosidases, a first hydrolysis or "withering" or loosening of the glycocalyx surrounding the cell wall of the protoplasts takes place
Glykokalix von den übrigen Zellresten (Protoplasma und Zellwand) abgetrennt werden. Die Vorfermentation erfolgt dabei bevorzugt anaerob bei einem pH-Wert von 5,5 bis 7,5. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass einem nach der Vorfermentation vorliegenden Gemisch vor der Ultraschallbehandlung ein oder mehrere Detergenzien beigemengt werden. Dies erleichtert eine Abtrennung der Glykokalix während der Glycocalyx be separated from the remaining cell remains (protoplasm and cell wall). The pre-fermentation is preferably carried out anaerobically at a pH of 5.5 to 7.5. It can also be provided that one or more detergents are added to a mixture present after the pre-fermentation before the ultrasound treatment. This facilitates separation of the glycocalyx during the
Ultraschallbehandlung. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die übrigen Zellreste einer Alkoholgärung oder einer Säuregärung unterworfen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Sonication. According to the invention it can be provided that the remaining cell residues are subjected to alcohol fermentation or acid fermentation. This has the advantage that the
Mikroorganismen gegebenenfalls komplett zu einem Produkt verarbeitet werden können und im Grundsatz keine Rückstände der Mikroorganismen anfallen. Hierbei kann ein Teil der übrigen Zellreste der Alkoholgärung und der verbleibende Teil der Zellreste der Säuregärung unterworfen werden. Möglich ist es auch, die übrigen Zellreste entweder nur einer Alkoholgärung oder nur einer Säuregärung zu unterwerfen. Welche Gärung bzw. Gärungskombination angewendet wird und in welchem Anteil die übrigen Zellreste gegebenenfalls einer Alkoholgärung oder einer Säuregärung zugeführt werden, richtet sich nach den Eigenschaften des zu erstellenden Materials bzw. Produktes. If appropriate, microorganisms can be completely processed into a product and, in principle, no residues of the microorganisms are produced. In this case, part of the remaining cell residues of the alcohol fermentation and the remaining part of the cell residues may be subjected to acid fermentation. It is also possible to subject the remainder of the cell remains to either alcoholic fermentation or acid fermentation only. Which fermentation or fermentation combination is used and in which proportion the remaining cell residues are optionally fed to an alcohol fermentation or an acid fermentation depends on the properties of the material or product to be produced.
Es kann vorgesehen sein, wenngleich dies nicht zwingend ist, dass die oder den It may be provided, although this is not mandatory that the or
Gärungen unterworfenen Zellreste gereinigt werden. Dabei kann die Reinigung eine Auftrennung von Gärungsprodukten in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion umfassen, wobei die Schwerfraktion bevorzugt einer weiteren Fermentation unterworfen wird, um Essigsäure zu gewinnen. Insbesondere wenn ein Baustoff hergestellt werden soll, kann zumindest die Leichtfraktion unter Bildung von Caiciumcarboxylaten umgesetzt werden. Aus den Carboxylaten kann durch Fotokatalyse CaO und/oder Ca(OH)2 gewonnen werden, die zum Abbinden eines festen Produktes dienen können. Dabei kann durch Beimengung von Tonmineralien ein hydraulisch abbindbares Bindemittel erzeugt bzw. gewonnen werden. Die Fotokatalyse wird bevorzugt in einer oxidativen Umgebung durchgeführt. Fermentations subjected to cell debris. In this case, the purification may comprise a separation of fermentation products into a light fraction and a heavy fraction, the heavy fraction preferably being subjected to a further fermentation is to win acetic acid. In particular, when a building material is to be produced, at least the light fraction can be reacted to form Caiciumcarboxylaten. From the carboxylates can be obtained by photocatalysis CaO and / or Ca (OH) 2 , which can serve for setting a solid product. In this case, a hydraulically settable binder can be generated or obtained by adding clay minerals. The photocatalysis is preferably carried out in an oxidative environment.
Wie vorstehend erwähnt, kann die gewonnene Glykokalix als solche eingesetzt werden oder gegebenenfalls vor dem Mischen mit dem zumindest einem weiteren Material aufgespaltet werden. Ist Letzteres vorgesehen, wird die gewonnene Glykokalix vor dem Mischen bevorzugt zumindest teilweise in Uronsäuren und Glykoside gespaltet. As mentioned above, the recovered glycocalyx may be used as such or, if desired, split before mixing with the at least one other material. If the latter is provided, the glycocalyx obtained is preferably at least partially split into uronic acids and glycosides prior to mixing.
Zur Herstellung eines Baustoffes kann vorgesehen sein, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in vorzugsweise niedermolekulare Verbindungen, mit Sand und zumindest einem Bindemittel, insbesondere einer Calciumverbindung wie einem For the production of a building material can be provided that the obtained glycocalix, optionally after cleavage in preferably low molecular weight compounds, with sand and at least one binder, in particular a calcium compound such as
Calciumcarboxylat, Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid, vermischt wird, um nach Aushärten das Produkt zu bilden. Sand bzw. Kalksand (CaC03 und/oder MgC03) bilden dabei den Füllstoff, die Glykokalix bzw. deren Spaltprodukte einen Kittstoff, um die Sandpartikel zusammenzuhalten, und die Calciumverbindung das beim Aushärten abbindende Bindemittel. Bei der Herstellung eines Baustoffes beträgt ein Verhältnis von Glykokalix oder deren insbesondere niedermolekularen Spaltprodukten zu Sand mit Vorteil 0,5 bis 1 ,5, bevorzugt 0,75 bis 1 ,25. Ein Verhältnis von Glykokalix oder deren niedermolekularen Spaltprodukten zum Bindemittel beträgt mit Vorteil 1 ,5 bis 2,5, bevorzugt 1 ,75 bis 2,25. Wird ein Baustoff hergestellt, kann optional auch vorgesehen sein, dass das Produkt vor dem Aushärten geschäumt wird. Dies lässt sich erreichen, wenn das Produkt zum Schäumen auf eine Temperatur von mehr als 70 °C, vorzugsweise mehr als 80 °C, erwärmt und einem Unterdruck unterworfen wird. Wrd das noch nicht abgebundene und damit noch fließfähige Gemisch auf Temperatur gebracht, entsteht durch das anwesende Wasser ein entsprechender Druck. Erfolgt im Anschluss das Anlegen eines Unterdruckes, kommt es quasi zu einem Sieden, was zu einem Aufschäumen des Rohproduktes führt. In dieser Weise können beispielsweise geschäumte Bauplatten erzeugt werden. Möglich ist es auch, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Holzpartikeln, insbesondere Holzmehl vermischt wird. In dieser Weise lässt sich ein künstliches Holz erzeugen, wobei die gewonnene Glykokalix für einen effektiven Verbund der einzelnen Holzpartikel sorgt. Vor einer Verkleisterung, die durch Temperaturerhöhung in Gang gesetzt wird, lässt sich das Rohmaterial bzw. die Mischung aus Glykokalix und Holzpartikeln in eine bestimmte Form bringen, beispielsweise ein Profil. Möglich ist es auch, die mit den Holzpartikeln gebildete Mischung zu pressen, beispielsweise zu Platten. Auch eine Extrusion zu Stangen oder dergleichen ist möglich. Die Verkleisterung und damit die Ausbildung eines Produktes in fester Form kann erfolgen, indem die mit Holzpartikeln gebildete Mischung erwärmt wird. In der Regel sind hierfür Temperaturen von 50 °C bis 80 °C ausreichend. Calcium carboxylate, calcium oxide and / or calcium hydroxide is mixed to form the product after curing. Sand or lime sand (CaC0 3 and / or MgC0 3 ) thereby form the filler, the glycocalyx or its cleavage products a cement to hold the sand particles together, and the calcium compound the setting on curing binder. In the production of a building material, a ratio of glycocalyx or its particular low molecular weight cleavage products to sand is advantageously 0.5 to 1.5, preferably 0.75 to 1.25. A ratio of glycocalyx or its low molecular weight cleavage products to the binder is advantageously from 1, 5 to 2.5, preferably from 1.75 to 2.25. If a building material is produced, it may optionally also be provided that the product is foamed before hardening. This can be achieved if the product for foaming to a temperature of more than 70 ° C, preferably more than 80 ° C, heated and subjected to a vacuum. When the mixture, which has not yet set and is still free to flow, is brought to temperature, this is due to the presence of the mixture Water a corresponding pressure. If a negative pressure is subsequently applied, boiling occurs, which leads to foaming of the crude product. In this way, for example, foamed structural panels can be produced. It is also possible that the glycocalyxe obtained, optionally after cleavage in low molecular weight compounds, with wood particles, especially wood flour is mixed. In this way, an artificial wood can be produced, the recovered glycocalyx provides for an effective composite of the individual wood particles. Before a gelatinization, which is initiated by an increase in temperature, the raw material or the mixture of glycocalyx and wood particles can be brought into a specific shape, for example a profile. It is also possible to press the mixture formed with the wood particles, for example to plates. Also an extrusion to bars or the like is possible. The Gelkleisterung and thus the formation of a product in solid form can be done by the mixture formed with wood particles is heated. In general, temperatures of 50 ° C to 80 ° C are sufficient for this purpose.
Im Sinne einer vollständigen Verarbeitung der angezüchteten Mikroorganismen kann auch vorgesehen sein, dass die gewonnenen Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Fermentationsprodukten von den übrigen Zellresten gemischt wird. In dieser Weise lässt sich beispielsweise eine Art Biokunststoff gewinnen, wobei eine Verkleisterung und damit eine Ausbildung eines festen Produktes ähnlich wie bei einem Holzersatz im Temperaturbereich von 50 °C bis 80 °C erfolgen kann. In the sense of a complete processing of the cultivated microorganisms can also be provided that the obtained glycocalyx, optionally after cleavage in low molecular weight compounds, is mixed with fermentation products of the remaining cell residues. In this way, for example, a kind of bioplastic can be obtained, wherein a gelatinization and thus a formation of a solid product similar to a wood substitute in the temperature range of 50 ° C to 80 ° C can take place.
Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein festes Material erreicht, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. The further object of the invention is achieved by a solid material, which is produced by a method according to the invention.
Ein festes Material gemäß der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass dieses zumindest teilweise aus Mikroorganismen gewinnbar ist, wobei die Glykokalix oder deren Spaltprodukte als Kittstoff im festen Material dienen. A solid material according to the invention is characterized in particular by the fact that this is at least partially recoverable from microorganisms, wherein the glycocalyx or their cleavage products serve as a cement in the solid material.
Das weitere Ziel der Erfindung wird durch eine Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für ein Baumaterial, insbesondere ein plattenförmiges Baumaterial erreicht. Dabei kann das Baumaterial geschäumt sein. Des Weiteren wird das Ziel auch durch eine Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für Baumaterialien mit Holzpartikeln erreicht. The further object of the invention is achieved by a use of microorganisms isolated glycocalyx or fission products thereof for a building material, in particular a plate-shaped building material. The building material can be foamed. Of Further, the object is also achieved by using microorganisms-isolated glycocalyx or fission products thereof for building materials with wood particles.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf weiche dabei Bezug genommen wird, zeigen: Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the embodiments illustrated below. In the drawings, to which reference is made, show:
Fig. 1 einen Mikroorganismus; Fig. 1 shows a microorganism;
Fig. 2 bis 6 schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Verfahren; Fig. 2 to 6 are schematic representations of inventive method;
Fig. 7 ein detailliertes Schema zur Herstellung eines geschäumten Baustoffes; Fig. 7 is a detailed diagram for producing a foamed building material;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Fotokatalyse zur Erstellung von Fig. 8 is a schematic representation of a photocatalysis for the preparation of
Kalkschlämme. Lime sludge.
In Fig. 1 ist ein Mikroorganismus schematisch dargestellt, der eine Glykokalix umfasst. Der Mikroorganismus weist ein Protoplasma auf, das von einer Zellwand umgeben ist. Um die Zellwand herum ist der Mikroorganismus von einer Glykokalix umgeben. In Fig. 1, a microorganism is schematically shown, which comprises a glycocalyx. The microorganism has a protoplasm surrounded by a cell wall. Around the cell wall, the microorganism is surrounded by a glycocalyx.
Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden, sind insbesondere unter den einzelligen, capsalen fototrophen Bodenbakterien oder einzelligen eukaryotischen Arten zu finden. Microorganisms which form a glycocalyx are to be found in particular among the unicellular, capsalic photosynthetic soil bacteria or unicellular eukaryotic species.
Hierbei kann es sich um Chromalveolates handeln, beispielsweise aus der Ordnung Chlorococcales, z. B. Gloecystis oder Coenocystis, also in der Erdkrume lebende This may be Chromalveolates, for example, from the order Chlorococcales, z. B. Gloecystis or Coenocystis, so living in the Erdkrume
Grünalgen. Mikroorganismen, die mit einer Glykokalix ausgebildet sind, können mit dieser Green algae. Microorganisms that are formed with a glycocalyx can with this
Schicht zwischen oder auf Gesteinskörnchen kleben. Stick layer between or on rock granules.
In Fig. 2 bis 6 sind Verfahrensabläufe zu erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, bei welchen die Glykokalix von Mikroorganismen oder deren Spaltprodukte zur Herstellung eines Produktes eingesetzt werden. Bei dem hergestellten Produkt kann es sich insbesondere um einen Baustoff, ein kunststoffartiges Produkt oder ein Verbundmaterial handeln. Möglich ist es auch, ökologische Schmiermittel oder verfestigende biokompatible Produkte wie einen Gelatineersatz herzustellen. FIGS. 2 to 6 show process sequences for processes according to the invention in which the glycocalyx of microorganisms or their cleavage products are used to produce a product. The product produced may in particular be a building material, a plastic-like product or a composite material. It is also possible to produce ecological lubricants or solidifying biocompatible products such as a gelatin substitute.
Ausgangspunkt bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Anbau von Biomasse bzw. Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden. Nach der Anzucht der Biomasse werden die Mikroorganismen geerntet. Anschließend erfolgt eine sogenannte Starting point in a method according to the invention is an cultivation of biomass or microorganisms which form a glycocalyx. After growing the biomass, the microorganisms are harvested. Subsequently, a so-called
Vorfermentation, bei welcher in noch zu erläuternder Weise eine Verbindung von Zellwand und Glykokalix gelockert wird. Anschließend kann eine mechanische Trennung der Glykokalix von den übrigen Zellresten, nämlich dem Protoplasten samt Zellwand, erfolgen. Die mechanische Trennung wird bevorzugt durch Ultraschall unterstützt bzw. in Gang gesetzt. Anschließend kann über einen Dekanter die Glykokalix abgetrennt werden, wie dies in den schematischen Verfahrensabläufen gemäß Fig. 2 sowie 4 und 5 dargestellt ist. Diese Verfahrensschritte sind in allen Verfahrensabläufen gemäß Fig. 2 sowie 4 und 5 ident und Ausgangspunkt für die Herstellung eines Materials mit Vorfermentation, in which in a manner to be explained, a compound of Cell wall and Glykokalix is loosened. Subsequently, a mechanical separation of the glycocalyx from the remaining cell residues, namely the protoplasts together with the cell wall, take place. The mechanical separation is preferably supported or initiated by ultrasound. Subsequently, the glycocalix can be separated off via a decanter, as shown in the schematic process sequences according to FIGS. 2 and 4 and 5. These process steps are identical in all processes according to FIGS. 2 and 4 and 5 and are the starting point for the production of a material
Glykokalixanteilen oder gegebenenfalls Anteilen von Glykokalix-Spaltprodukten. Nach der Abtrennung der Glykokalix verbleiben die übrigen Zellreste bzw. die Glykokalixanteilen or optionally fractions of Glykokalix cleavage products. After the separation of the glycocalyx, the remaining cell remains or
Protoplasten samt Zellwänden. Wiewohl diese Bestandteile der Mikroorganismen nicht zwingend weiterverarbeitet werden müssen, ist dies im Rahmen der Erfindung bevorzugt vorgesehen. Die Protoplasten, gegebenenfalls samt Zellwänden, werden bevorzugt einer oder mehreren Fermentationen unterworfen. Dabei kann gemäß Fig. 2, auf weiche im Folgenden Bezug genommen wird, zunächst Carbonsäure gewonnen werden. Die Carbonsäure wird anschließend zu einem Calciumcarboxylat umgewandelt und anschließend einer elektrochemischen Reaktion unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht unterworfen, wobei dem Calciumcarboxylat ein gewisser Anteil Sand beigemengt werden kann. Dadurch wird Calciumoxyd (CaO) und/oder Calciumhydroxyd (Ca(OH)2) gewonnen. Auf der anderen Seite kann die Glykokalix, die isoliert worden ist, in einer Hydrolyse aufgespalten werden, wobei niedermolekulare Verbindungen gewonnen werden, beispielsweise Uronsäureester. Diese niedermolekularen Spaltprodukte können mit dem über die Fermentation der übrigen Zellreste bzw. Protoplasten indirekt gewonnenen Bindemittel CaO und/oder Ca(OH)2 schließlich mit Sand vermischt werden. Dadurch wird eine viskose Rohmasse erhalten. Diese viskose Rohmasse kann als solche bereits nach einem Abbinden des Bindemittels einen Baustoff bilden. Ein Mischungsverhältnis der Komponenten Glykokalix bzw. Spaltprodukten davon zu Bindemittel (CaO und/oder Ca(OH)2) und Sand beträgt dabei bevorzugt (0,75 bis 1 ,5):0,5:(0,75 bis 1 ,5). Bevorzugt kann es jedoch sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, dass die viskose, also noch fließfähige Rohmasse einem Expansionsverfahren unterworfen wird, bei dem die viskose Rohmasse aufgeschäumt wird. Dadurch lassen sich poröse Baumaterialien, beispielsweise Baustoffplatten, gewinnen. In diesem Fall erfolgt das Aushärten nach dem Schäumen. In Fig. 3 ist der Verfahrensablauf gemäß Fig. 2 in stark vereinfachter Weise dargestellt. Wie ersichtlich ist, wird die eingesetzte Biomasse im Verfahren vollständig genutzt, um zu einem betonartigen festen Produkt zu kommen. In Fig. 4 ist ein ähnliches Verfahren wie in Fig. 2 dargestellt, wobei allerdings die Protoplasts with cell walls. Although these constituents of the microorganisms do not necessarily have to be further processed, this is preferably provided within the scope of the invention. The protoplasts, optionally together with cell walls, are preferably subjected to one or more fermentations. In this case, according to FIG. 2, to which reference is made below, initially carboxylic acid can be obtained. The carboxylic acid is then converted to a calcium carboxylate and then subjected to an electrochemical reaction under ultraviolet light irradiation, with a certain amount of sand being added to the calcium carboxylate. As a result, calcium oxide (CaO) and / or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is recovered. On the other hand, the glycocalyx which has been isolated can be split in a hydrolysis to give low molecular weight compounds, for example, uronic acid esters. These low molecular weight cleavage products can finally be mixed with sand by means of the binder CaO and / or Ca (OH) 2 indirectly obtained via the fermentation of the remaining cell residues or protoplasts. As a result, a viscous raw mass is obtained. As such, this viscous raw material can form a building material even after the binder has set. A mixing ratio of the components glycocalyx or cleavage products thereof to binder (CaO and / or Ca (OH) 2 ) and sand is preferably (0.75 to 1.5): 0.5: (0.75 to 1.5) , However, it may preferably be, as shown in Fig. 2, that the viscous, that is still flowable raw mass is subjected to an expansion process in which the viscous raw material is foamed. As a result, porous building materials, such as building materials, win. In this case, curing takes place after foaming. In Fig. 3, the process flow of FIG. 2 is shown in a greatly simplified manner. As can be seen, the biomass used in the process is fully utilized to arrive at a concrete-like solid product. In Fig. 4 is a similar method as shown in Fig. 2, wherein, however, the
Fermentation der Protoplasten in zwei gesonderte Fermentationsschritte IIa und IIb aufgeteilt ist. Beim ersten Fermentationsschritt IIa wird wie gemäß Fig. 2 zumindest eine Carbonsäure gebildet. Gemäß dem Fermentationsschritt IIb wird jedoch Glycerol gewonnen, das wie die gewonnene Glykokalix sowie Sand der viskosen Rohmasse beigemengt wird. Anschließend kann sogleich eine Verfestigung bzw. ein Aushärten der viskosen Rohmasse erfolgen. Möglich ist es auch, entsprechend Fig. 4, dass wiederum ein Expansionsverfahren zur Herstellung eines porösen Baustoffes nachfolgt. Im Übrigen umfasst ein Verfahren gemäß Fig. 4 auch eine Energiegewinnung durch Fermentation of protoplasts is divided into two separate fermentation steps IIa and IIb. In the first fermentation step IIa, as shown in FIG. 2, at least one carboxylic acid is formed. According to the fermentation step IIb, however, glycerol is recovered, which is added as the recovered glycocalyx and sand of the viscous crude mass. Subsequently, a solidification or hardening of the viscous raw mass can take place immediately. It is also possible, according to Fig. 4, that in turn an expansion process for the production of a porous building material follows. Incidentally, a method according to FIG. 4 also comprises an energy recovery by
Holzverbrennung, wobei auch andere Arten einer Umsetzung von Biomasse vorgesehen sein können. Die dabei anfallende Pottasche wird zur Gewinnung von Kalilauge verwendet, die wiederum zur pH-Regulierung in der elektrochemischen Umsetzung zur Gewinnung von CaO und/oder Ca(OH)2 dient. Auch die übrigen Nebenprodukte, die anfallen, werden im Prozess wieder eingesetzt. Wichtig ist, dass die aus der Wood combustion, although other types of biomass conversion can be provided. The resulting potash is used for the production of potassium hydroxide, which in turn serves for pH regulation in the electrochemical reaction for the recovery of CaO and / or Ca (OH) 2 . The other by-products that are generated are also used in the process. What is important is that from the
Holzverbrennung stammenden Rauchgase über einen Biofilter geführt werden und zur Steigerung der Produktivität beim Biomasseanbau bzw. dem Züchten von Wood combustion-derived flue gases are passed over a biofilter and to increase productivity in biomass cultivation and breeding of
Mikroorganismen nutzbar sind. Aus dem Rauchgas entferntes S02 wiederum kann bei der Fermentation IIb eingesetzt werden, um eine möglichst hohe Ausbeute an Glycerol zu erhalten. In Fig. 5 ist ein Verfahren dargestellt, das im Wesentlichen gleich arbeitet, wie die in Fig. 2 bis 4 dargestellten Verfahren. Im Unterschied zu den Verfahren gemäß Fig. 2 bis 4 wird jedoch beim Mischen der aus den Mikroorganismen gewonnenen Bestandteile nicht Sand verwendet, sondern Holzmehl. Damit kann eine Masse gemischt werden, die nach Pressen und Verkleistern bei einer Temperatur von etwa 50 °C bis 80 °C zu Bauplatten gepresst werden kann, die holzähnlich sind. Darüber hinaus werden die Carbonsäuren aus der Fermentation zur Herstellung des Produktes eingesetzt. Dies bedeutet, dass letztlich die Mikroorganismen vollständig für das Produkt verwertet werden und sich deren abgetrennte Bestandteile oder Umwandlungsprodukte davon im finalen Produkt wiederfinden. In Fig. 6 ist ein Verfahren dargestellt, das völlig ohne fremde Zuschlagstoffe auskommt, die nicht aus den gezüchteten Mikroorganismen gewonnen sind. In diesem Fall erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise wiederum eine Abtrennung von Glykokalix und gegebenenfalls eine Umwandlung in Spaltprodukte, beispielsweise durch Hydrolyse. Auch die übrigen Zellreste werden wiederum einer Fermentation unterworfen, wobei Microorganisms are usable. In turn, S0 2 removed from the flue gas can be used in fermentation IIb in order to obtain the highest possible yield of glycerol. FIG. 5 shows a method which operates essentially the same as the methods illustrated in FIGS. 2 to 4. In contrast to the method according to FIGS. 2 to 4, however, sand is not used during the mixing of the components obtained from the microorganisms, but wood meal. Thus, a mass can be mixed, which can be pressed after pressing and pasting at a temperature of about 50 ° C to 80 ° C to building boards that are wood-like. In addition, the carboxylic acids from the fermentation are used to prepare the product. This means that ultimately the microorganisms are fully utilized for the product and their separated constituents or conversion products thereof are found in the final product. In Fig. 6, a method is shown, which manages completely without foreign additives, which are not obtained from the cultivated microorganisms. In this case, again in the manner described above, a separation of glycocalyx and optionally a conversion into cleavage products, for example by hydrolysis. The remaining cell residues are again subjected to fermentation, wherein
Carbonsäure und Glycerol gewonnen wird. Durch Mischen der entsprechenden Carboxylic acid and glycerol is recovered. By mixing the appropriate
Bestandteile und Verkleistern kann eine Art Biokunststoff gewonnen werden, der fest und haltbar ist und ausschließlich auf Biomasse bzw. gezüchteten Mikroorganismen als Ausgangsmaterial beruht. Ingredients and Verkleistern can be obtained a kind of bioplastic, which is solid and durable and based solely on biomass or cultivated microorganisms as a starting material.
In Fig. 7 sind einzelne Verfahrensschritte, die insbesondere bei einem Verfahren zur Gewinnung eines Baustoffes gemäß Fig. 2 bis 4 zur Anwendung kommen, näher dargestellt. Die einzelnen Verfahrensschritte, die mit I bis XVI bezeichnet sind, werden analog auch bei der Herstellung eines holzähnlichen Materials oder eines Biokunststoffes angewendet, soweit die einzelnen Verfahrensschritte gemäß Fig. 7 in diesen Verfahren erforderlich sind. FIG. 7 shows individual process steps, which are used in particular in a method for obtaining a building material according to FIGS. 2 to 4, in greater detail. The individual process steps, which are designated by I to XVI, are used analogously also in the production of a wood-like material or a bioplastic, as far as the individual process steps according to FIG. 7 are required in these processes.
Gemäß Fig. 7 ist eine Biomassekultivierung IV vorgesehen. Dabei werden According to FIG. 7, a biomass cultivation IV is provided. It will be
Mikroorganismen kultiviert, die eine Glykokalix ausbilden. Die Kultivierung erfolgt in einem oder mehreren Wasserbecken, die mit einem Verdunstungsschutz überdeckt sind, vorzugsweise einer hydrophoben Folie. Die Wasserbäder werden in der Regel auf einer Temperatur von 10 °C bis 30 °C gehalten. Ein pH-Wert wird in einem Bereich von 8,5 bis 9,5 eingestellt, was optimale Bedingungen für eine Anzucht der Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen ergibt. Cultured microorganisms that form a glycocalyx. The cultivation takes place in one or more pools, which are covered with an evaporation protection, preferably a hydrophobic film. The water baths are usually kept at a temperature of 10 ° C to 30 ° C. A pH is adjusted in a range of 8.5 to 9.5, which gives optimum conditions for cultivation of the microorganisms under aerobic conditions.
Gemäß Fig. 7 kann eine Energiezentrale (I) vorgesehen sein, mit welcher Energie zur Betreibung des Verfahrens gewonnen wird. Das dabei anfallende Rauchgas wird in einen Rauchgasspeicher geführt, in dem Kohlendioxid (C02) separiert wird, das dem oder den Wasserbecken zugeführt werden kann, um ein Wachstum der Mikroorganismen zu maximieren. Gleichzeitig wird aus dem Rauchgas in einem Gegenstromverfahren According to FIG. 7, an energy center (I) can be provided, with which energy is obtained for the operation of the method. The resulting flue gas is fed into a flue gas storage, in which carbon dioxide (C0 2 ) is separated, which can be supplied to the one or more pools in order to maximize growth of microorganisms. At the same time, the flue gas is in a countercurrent process
Schwefeldioxid (S02) eliminiert, indem Sulfit bzw. Gips gewonnen wird. Sulfur dioxide (S0 2 ) is eliminated by obtaining sulfite or gypsum.
Eine Ernte der Mikroorganismen aus dem oder den Wasserbecken erfolgt mittels A harvest of the microorganisms from the pool or by means of
Vliesseiltechnik (III). Dabei werden feinfasrige, feine Seile langsam durch ein Wasserbecken umgewälzt, sodass die Mikroorganismen aufgrund von Kapillarkräften an den Seilen hängenbleiben. Fleece rope technique (III). This fine-fiber, fine ropes are slowly through a Circulated water basins so that the microorganisms get stuck due to capillary forces on the ropes.
Die gewonnenen Bodenalgen bzw. Mikroorganismen werden in einem nächsten Schritt aufgetrennt (VI). Die Auftrennung umfasst zunächst eine Vorfermentation, die in einem geeignet ausgelegten Reaktor mit Rührwerk erfolgt. Bei dieser Vorfermentation, die mit üblichen Enzymen wie Glykosidasen durchgeführt wird, erfolgt noch keine vollständige Abtrennung der Glykokalix von den übrigen Zellresten, sondern bloß ein„Anwelken", bei welchem der starke Verbund von Zellwand und Glykokalix signifikant gelockert wird. Dieses Anwelken wird unter anaeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 6 bis 7 durchgeführt. Durch diesen Prozess, so wird vermutet, kann die Glykokalix so weit gelockert werden, dass in einem nächsten Schritt eine mechanische Abtrennung der Glykokalix von den übrigen Zellresten möglich ist. Um eine Abtrennung zu erleichtern, können zunächst Detergenzien beigemengt werden, ehe durch Ultraschallbehandlung eine mechanische Abtrennung der Glykokalix von den übrigen Bestandteilen, nämlich Protoplasten samt Zellwänden erfolgt. Die Glykokalix kann dann als solche an sich bereits zur Herstellung eines Produktes eingesetzt werden. Die anfallenden übrigen Zellreste werden zumindest einer Fermentation IIa bzw. IIb zugeführt. Bei der Fermentation IIa wird eine Säuregärung durchgeführt (VIII). Unter aeroben Bedingungen werden die The recovered algae or microorganisms are separated in a next step (VI). The separation initially comprises a pre-fermentation, which takes place in a suitably designed reactor with stirrer. In this pre-fermentation, which is carried out with common enzymes such as glycosidases, there is no complete separation of the glycocalyx from the remaining cell debris, but only a "wilting" which significantly loosens the strong cell wall-glycocalyx association Conditions are carried out at a pH of 6 to 7. By this process, it is believed that the glycocalyx can be loosened so far that in a next step, a mechanical separation of the glycocalypate from the remaining cell remains is possible to facilitate a separation Detergents may first be added before mechanical separation of the glycocalyx from the other constituents, namely protoplasts and cell walls, is carried out by ultrasound treatment The glycocalyx may then be used as such per se for the production of a product nation IIa or IIb supplied. Fermentation IIa is followed by acid fermentation (VIII). Under aerobic conditions, the
Protoplasten bei Einsatz geeigneter Enzyme vornehmlich zur Essigsäure umgesetzt. Ein Teil der Protoplasten oder gegebenenfalls in einer Alternative auch der gesamte Anteil kann einer Fermentation IIb bzw. Alkoholgärung zugeführt werden. Dabei kann auch Sulfit eingesetzt werden, um einen Schwefelanteil hoch zu halten und somit in der Protoplasts reacted with the use of suitable enzymes primarily to acetic acid. Part of the protoplasts or optionally in an alternative also the entire portion can be fed to a fermentation IIb or alcohol fermentation. In this case, sulfite can be used to keep a high sulfur content and thus in the
Alkoholgärung vornehmlich Glycerol zu erhalten, das wie vorstehend beschrieben bei bestimmten Produkten eingesetzt werden kann. Der Rest ist vornehmlich Ethanol (VII). Alcohol fermentation primarily to obtain glycerol, which can be used as described above for certain products. The remainder is primarily ethanol (VII).
Die aus den Fermentationen IIa bzw. IIb gewonnenen Produkte können, was allerdings nicht zwingend ist, noch gereinigt werden (IX). Auch nicht zwingend ist, aber vorgesehen sein kann, dass die isolierte Glykokalix getrocknet wird (V), wobei gegebenenfalls auch ein Feuchtigkeitsgrad eingestellt werden kann. The products obtained from the fermentations IIa or IIb can, but this is not mandatory, still be purified (IX). Also not mandatory, but can be provided that the isolated glycocalyx is dried (V), optionally also a degree of moisture can be adjusted.
In einem weiteren Schritt kann eine Hydrolyse der Glykokalixmasse erfolgen, wobei eine Auftrennung in niedermolekulare Produkte wie Uronsäuren und Glykoside erfolgt (XI). Die in der Regel saure Hydrolyse, die bevorzugt bei einem pH-Wert von <4 erfolgt, wird gemäß Fig. 7 zweckmäßigerweise mit einer basischen Kondensationsreaktion gekoppelt. Bei der basischen Kondensationsreaktion erfolgt eine Viskositätserhöhung durch In a further step, a hydrolysis of the Glykokalixmasse done, with a separation into low molecular weight products such as uronic acids and glycosides occurs (XI). The usually acidic hydrolysis, which preferably takes place at a pH of <4, is as shown in Fig. 7 suitably coupled with a basic condensation reaction. In the basic condensation reaction, an increase in viscosity occurs
Abspaltung von Wasser, wobei gewonnene Carbonsäuren, insbesondere Uronsäuren aus der Glykokalix mit Glycerol verestert werden. Weiter werden bei einem erhöhten pH-Wert die aus Kalksand und Essigsäure gewonnenen Calciumcarboxylate als Produkte abgezogen, die in der Folge über Fotokatalyse zu CaO und/oder Ca(OH)2 Cleavage of water, wherein recovered carboxylic acids, especially uronic acids from the glycocalyme are esterified with glycerol. Further, at an elevated pH, the calcium carboxylates recovered from calcareous sand and acetic acid are stripped off as products, which subsequently undergo photo-catalysis to give CaO and / or Ca (OH) 2
weiterverarbeitet werden können, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Eine fotokatalytische Spaltung der Calciumcarboxylate kann dabei durch Stoffkonzentration vor dem can be further processed, as shown in Fig. 8. A photocatalytic cleavage of the calcium carboxylates can by substance concentration before
Fotokatalysator effizienter gestaltet werden, wobei zweckmäßigerweise eine Spannung zur Dieelektrophorese angelegt wird. Eine pH-Wert-Einstellung kann dabei mit Photocatalyst be made more efficient, wherein suitably a voltage for the electrophoresis is applied. A pH adjustment can be used with
Chlorophyll-Derivaten erfolgen, die aus der Leichtfraktion im Schritt IX gewinnbar sind. Chlorophyll derivatives take place, which are recoverable from the light fraction in step IX.
In einem weiteren Schritt (XIII) werden Sand, Glykokalix oder Spaltprodukte davon und ein Bindemittel in der Form von CaO und/oder Ca(OH)2 miteinander vermischt, um eine viskose Rohmasse zu bilden. Diese viskose Rohmasse kann anschließend unter Bildung eines dichten bzw. porenfreien Materials zu einem Baustoff ausgehärtet werden. Möglich ist es aber auch, gemäß weiteren Schritten (XV) die noch viskose Rohmasse zu pressen und dabei gleichzeitig zu erhitzen. Die viskose Rohmasse kann dabei in eine Kammer geführt werden, in welcher an die erhitzte viskose Rohmasse, die dabei in der Regel eine Temperatur von etwa 70 °C bis 100 °C aufweist, spontan ein Unterdruck angelegt werden kann. Dadurch beginnt das in der viskosen Rohmasse vorhandene Wasser zu sieden, wodurch es zur Bildung von Poren in der viskosen Rohmasse kommt. Nach Aushärten kann so ein poröses Baumaterial erhalten werden, das anschließend ausgeliefert werden kann (XVI). In a further step (XIII), sand, glycocalyx or cleavage products thereof and a binder in the form of CaO and / or Ca (OH) 2 are mixed together to form a viscous raw material. This viscous raw mass can then be cured to form a dense or pore-free material to a building material. However, it is also possible, according to further steps (XV) to press the still viscous raw material and at the same time to heat it. The viscous raw mass can be guided into a chamber in which a vacuum can spontaneously be applied to the heated, viscous raw mass, which as a rule has a temperature of about 70 ° C. to 100 ° C. As a result, the water present in the viscous raw mass begins to boil, resulting in the formation of pores in the viscous raw mass. After curing, a porous building material can be obtained, which can then be delivered (XVI).
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