EP4324564A1

EP4324564A1 - Verfahren zum zerkleinern von makroalgen

Info

Publication number: EP4324564A1
Application number: EP22190729.8A
Authority: EP
Inventors: Ludwig Schmidtchen
Original assignee: Brabender GmbH and Co KG
Current assignee: Sea6 Technologies Europe BV
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2024-02-21
Also published as: WO2024038022A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum Zerkleinern von Makroalgen in einem Prozessraum (4), wobei in dem Prozessraum (4) zumindest eine erste Fördervorrichtung (7.1) und zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) angeordnet sind, das Verfahren (1) aufweisend die Schritte: Einfüllen der Makroalgen (8) in die erste Fördervorrichtung (7.1), Zuführen der Makroalgen (8) zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) mittels der ersten Fördervorrichtung (7.1), Zerkleinern der Makroalgen (8) in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) mittels Druck, Reibung und/oder Scherung und Ausstoßen der zerkleinerten Makroalgen (8) aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) durch nachgeförderte Makroalgen, wobei der Feuchtegehalte der Makroalgen (8) in der ersten Fördervorrichtung (7.1) derart eingestellt wird, dass die zerkleinerten Makroalgen (8) beim Ausstoßen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) pastös vorliegen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung (3).

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern, insbesondere Feinzerkleinern, von Makroalgen in einem Prozessraum. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Makroalgen nach einem solchen Verfahren.

Hintergrund der Erfindung

Verfahren zum Zerkleinern von Stoffen sind aus dem Stand der Technik vielfältig bekannt. So sind beispielsweise Zerkleinerungsverfahren mittels Druck, mittels Schlag, mittels Reibung, mittels Scherung oder mittels Prall sowie jeweils entsprechende Vorrichtungen bekannt.
Das Zerkleinern von Makroalgen mit bekannten Verfahren unterliegt in verschiedenen Feuchtegehaltbereichen verschiedenen Problemen. Beim Zerkleinern von getrockneten Makroalgen besteht das Problem, dass diese zäh bis hart sind und nur mit geringem mechanischem Wirkungsgrad zerkleinert werden können. Dabei entstehende Wärme belastet die Makroalgen sowie die Zerkleinerungsvorrichtung und es entsteht an der Zerkleinerungsvorrichtung hoher Verschleiß. Bei mittleren Feuchtegehalten können die Makroalgen zwar mit besserem mechanischen Wirkungsgrad zerkleinert werden, sie liegen dann jedoch als stark klebrige Paste vor, die die Zerkleinerungsvorrichtung verstopft. Letztlich können Makroalgen bei sehr hohen Feuchtegehalten zwar einfach zerkleinert werden, dabei gehen jedoch wichtige Bestandteile der Makroalgen mit der Flüssigkeit in Lösung, werden bei einem anschließenden Trocknen entfernt und stehen so für eine Weiterverarbeitung, beispielsweise eine Vernetzung, der zerkleinerten Makroalgen nicht mehr zur Verfügung.

Beschreibung der Erfindung

Ausgehend von dieser Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Zerkleinern von Makroalgen vorzuschlagen, bei dem zumindest eines der vorgenannten Probleme nicht besteht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Sofern technisch möglich, können die Lehren der Unteransprüche beliebig mit den Lehren der Haupt- und Unteransprüche kombiniert werden.
Nachfolgend werden Vorteile der beanspruchten Erfindungsaspekte erläutert und weiter nachfolgend bevorzugte modifizierte Ausführungsformen der Erfindungsaspekte beschrieben. Erläuterungen, insbesondere zu Vorteilen und Definitionen von Merkmalen, sind dem Grunde nach beschreibende und bevorzugte, jedoch nicht limitierende Beispiele. Sofern eine Erläuterung limitierend ist, wird dies ausdrücklich erwähnt.
Soweit Elemente mit Hilfe einer Nummerierung bezeichnet sind, also beispielsweise "erstes Element", "zweites Element" und "drittes Element", so ist diese Nummerierung rein zur Differenzierung in der Bezeichnung vorgesehen und stellt keine Abhängigkeit der Elemente voneinander oder eine zwingende Reihenfolge der Elemente dar. Das heißt insbesondere, dass beispielsweise ein eine Vorrichtung oder ein Verfahren nicht ein "erstes Element" aufweisen muss, um ein "zweites Element" aufweisen zu können. Auch kann die Vorrichtung bzw. das Verfahren ein "erstes Element", sowie ein "drittes Element" aufweisen, ohne aber zwangsläufig ein "zweites Element" aufzuweisen. Es können auch mehrere Einheiten eines Elements einer einzelnen Nummerierung vorgesehen sein, also beispielsweise mehrere "erste Elemente".
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Zerkleinern von Makroalgen in einem Prozessraum, wobei in dem Prozessraum zumindest eine erste Fördervorrichtung und zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung angeordnet sind, das Verfahren aufweisend die Schritte: Einfüllen der Makroalgen in die erste Fördervorrichtung, Zuführen der Makroalgen zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung mittels der ersten Fördervorrichtung, Zerkleinern der Makroalgen in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung mittels Druck und/oder Scherung und Ausstoßen der zerkleinerten Makroalgen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung durch nachgeförderte Makroalgen, wobei der Feuchtegehalte der Makroalgen in der ersten Fördervorrichtung derart eingestellt wird, dass die zerkleinerten Makroalgen beim Ausstoßen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung pastös vorliegen. Insbesondere ist das Verfahren zum Feinzerkleinern
Ein Prozessraum ist durch eine Kavität gebildet, die beispielsweise über Eingänge befüllt und beispielsweise über Ausgänge entleert werden kann, wobei Eingänge und Ausgänge auch zusammenfallen können. Bevorzugt ist der Prozessraum mit einem Eingang oder mehreren Eingängen und einem Ausgang oder mehreren Ausgängen ausgebildet, wobei in kontinuierlicher Weise Makroalgen durch den Eingang / die Eingänge zugeführt und zerkleinerte Makroalgen durch den Ausgang / die Ausgänge abgeführt werden. Der Eingang / die Eingänge und der Ausgang / die Ausgänge sind dann beispielsweise durch die Makroalgen gedichtet, sodass innerhalb des Prozessraumes ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck vorherrschen kann. In oder an einem Prozessraum sind bevorzugt Mittel zum Temperieren und Einstellen des in dem Prozessraum herrschenden Drucks vorgesehen.
Insofern eingangsseitig von Makroalgen im allgemeinen gesprochen wird, können dies unzerkleinerte und/oder über das Einstellen des Feuchtegehalts hinaus nicht vorbehandelte Makroalgen sein. Die Makroalgen können auch bis zu einem bestimmten Grad bereits zerkleinert, etwa grob zerkleinert, und/oder vorbehandelt am Eingang vorliegen, wobei dann weiterhin allgemein der Begriff Makroalgen verwendet wird.
Eine Fördervorrichtung bewirkt einen Transport der Makroalgen, beispielsweise indem die Makroalgen darin in einer Förderrichtung verschoben, beispielsweise gezogen und/oder gedrückt, werden. Allgemein wird durch eine Fördervorrichtung auf die Makroalgen eine in der Förderrichtung gerichtete Förderkraft ausgeübt. Die Makroalgen werden dabei an einer Fördervorrichtung beispielsweise durch Reibung oder in klemmender Weise gehalten, um die Förderkraft auf die Makroalgen aufzubringen. Bevorzugt ist die erste Fördervorrichtung als Schneckenelement ausgebildet, das sich um eine Längsachse dreht und helixförmige Flanken zum Fördern der Makroalgen aufweist.
Eine Zerkleinerungsvorrichtung bewirkt eine Zerkleinerung der Makroalgen beispielsweise mittels Druck, mittels Reibung und/oder mittels Scherung. Die erste Zerkleinerungsvorrichtung ist beispielsweise als Schneidmühle oder Kolloidmühle ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Zerkleinerungsvorrichtung als Schneckenelement ausgebildet, in dem um eine Längsachse umfänglich ausgebildete Flanken auf die Makroalgen Druck, Reibung und Scherung ausüben und somit die Zerkleinerung bewirken. Die Schneckenelemente der ersten Zerkleinerungsvorrichtung unterscheiden sich insbesondere von Schneckenelementen der Fördervorrichtung in dem Anteil der Erstreckung der Flanken in Umfangsrichtung im Vergleich zu dem Anteil der Erstreckung der Flanken in axialer Richtung der Schneckenelemente. Schneckenelemente der Zerkleinerungsvorrichtung erstrecken sich bevorzugt hauptsächlich in Umfangsrichtung und bilden so näherungsweise in radiale Richtung weisende Flanken.
Die Makroalgen werden durch die von der ersten Fördervorrichtung ausgehende Förderkraft in der Förderrichtung durch die Zerkleinerungsvorrichtung hindurchgedrückt und auf der Gegenseite der Zerkleinerungsvorrichtung aus dieser ausgestoßen. Es werden also mittels der Fördervorrichtung so lange Makroalgen zu der Zerkleinerungsvorrichtung zugeführt, bis der in der Zerkleinerungsvorrichtung für die Makroalgen verfügbare Raum gefüllt ist, sodass ein folgendes weiteres Zuführen von Makroalgen zwangsweise zu einem übertragen der Förderkraft auf die in der Zerkleinerungsvorrichtung befindlichen Makroalgen und ein entsprechendes Fördern innerhalb der Zerkleinerungsvorrichtung führt.
Insofern der Feuchtegehalt in der ersten Fördervorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eingestellt wird, wird sichergestellt, dass der gewünschte Feuchtegehalt an dem Übergang zwischen der ersten Fördervorrichtung und der Zerkleinerungsvorrichtung vorliegt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem bereits den gewünschten Feuchtegehalt aufweisende Makroalgen in die erste Fördervorrichtung eingefüllt werden. Es kann auch vorgesehen, sein, dass eingefüllte Makroalgen, die beim Einfüllen noch nicht den gewünschten Feuchtegehalt aufweisen, in der ersten Fördervorrichtung ent- oder befeuchtet werden, beispielsweise durch Herauspressen von Flüssigkeit oder durch zusätzliches Zuführen von Flüssigkeit zu dem Prozessraum.
Insofern zerkleinerte Makroalgen pastös vorliegen, sind diese nicht aus sich selbst heraus fließfähig, weisen jedoch unter Aufbringen äußerer Kräfte, wie etwa der Förderkraft, fluide Fließeigenschaften auf. Ein pastöser Zustand bildet insofern einen Zwischenzustand zwischen einem festen und einem flüssigen Aggregatzustand. Die tatsächlichen Eigenschaften, wie beispielsweise die aufzubringende Scherung zum Fördern der pastösen zerkleinerten Makroalgen ergibt sich als Bereich, wobei die Eigenschaften abhängig von der konkreten verwendeten Makroalgen und der konkreten Ausgestaltung der ersten Fördervorrichtung und/oder der ersten Zerkleinerungsvorrichtung über die Feuchte der Makroalgen in der ersten Fördervorrichtung in diesem Bereich eingestellt werden. Bevorzugt werden die Eigenschaften derart eingestellt, dass ein möglichst gutes Verhältnis zwischen geringer Zerkleinerungskraft und geringer Förderkraft erreicht wird. Insbesondere weisen pastöse zerkleinerte Makroalgen eine hohe Adhäsivität auf, sodass zwischen nicht geförderten und somit stillstehenden zerkleinerten Makroalgen und Elementen der Zerkleinerungsvorrichtung eine adhäsive Bindung entsteht, die Einfluss auf die zum Fördern aufzubringende Förderkraft nimmt.
Der erste Erfindungsaspekt umfasst nun die Lehre, dass zum Zerkleinern der Makroalgen in einem mittleren Bereich des Feuchtegehalts, in dem die zerkleinerten Makroalgen in einem pastösen Zustand vorliegen, eine mit Druck, Reibung und/oder Scherung wirkende erste Zerkleinerungsvorrichtung mit einer vorgeschalteten ersten Fördervorrichtung in der Weise kombiniert wird, dass die Makroalgen durch die erste Zerkleinerungsvorrichtung hindurchgefördert werden. Es wird also durch die Förderkraft ein Verstopfen der ersten Zerkleinerungsvorrichtung verhindert, um eine Zerkleinerung in dem mittleren Bereich des Feuchtegehalts bei einem gegenüber der Zerkleinerung von trockenen Makroalgen verbesserten mechanischen Wirkungsgrad und ohne die Lösung von Bestandteilen der Makroalgen bei zu hohen Feuchtegehalten zu ermöglichen. Es ist damit ein Verfahren zum Zerkleinern von Makroalgen geschaffen, das vorteilhaft mit geringem Kraftaufwand beim Zerkleinern, ohne Verstopfen der ersten Zerkleinerungsvorrichtung sowie mit geringer Erwärmung erfolgen kann. Insbesondere wird die Zerkleinerung nach dem Verfahren des ersten Erfindungsaspekts kontinuierlich durchgeführt, um eine dauerhafte Förderkraft auf die in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung befindlichen zerkleinerten Makroalgen auszuüben.
Besonders bevorzugt ist das Verfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt dazu eingerichtet, einen Ausgangsstoff für ein nachgeschaltetes Verfahren zum Vernetzen bzw. Polymerisieren von Polysacchariden aus den Makroalgen zu einem Polymerwerkstoff und insbesondere zum Herstellen eines Biokunststoffprodukts bereitzustellen. Das Verfahren zum Vernetzen ist dem Verfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt beispielsweise unmittelbar nachgeschaltet oder die Verfahren überschneiden sich zeitlich und örtlich sogar. Insbesondere bilden Prozessräume der Verfahren eine Einheit miteinander, etwa als durchgängiger Schneckenextruder. Es ist bevorzugt, wenn bei dem Verfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt bereits Aspekte berücksichtigt werden, die erst im Verfahren zum Vernetzen relevant werden, wie etwa ein guter Aufschluss der Polysaccharide oder eine bestimmte, für das nachgeschaltete Verfahren vorteilhafte Zusammensetzung des nach dem ersten Erfindungsaspekt hergestellten Ausgangsstoffs.
In einer Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist vorgesehen, dass der Feuchtegehalt der Makroalgen auf 20 bis 95% eingestellt wird. Bevorzugt wird der Feuchtegehalt der Makroalgen auf 25 bis 95% eingestellt. Weiter bevorzugt wird der Feuchtegehalt der Makroalgen auf 30 bis 88% eingestellt. Weiter bevorzugt wird der Feuchtegehalt der Makroalgen auf 30 bis 70% eingestellt. Noch weiter bevorzugt wird der Feuchtegehalt der Makroalgen auf 45 bis 70% eingestellt. In den genannten Bereichen ist für die meisten bekannten Makroalgenarten, insbesondere für Makroalgenarten, die zur anschließenden Polymerisierung und Herstellung von Biokunststoffprodukten verwendet werden, vorteilhaft ein Minimum der Summe aus Förderaufwand und Zerkleinerungsaufwand beim einem Verfahren nach dem ersten Erfindungsaspekt erreichbar.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Einstellen des Feuchtegehalts der Makroalgen der ersten Fördervorrichtung eine Flüssigkeit zugeführt. Durch das Zuführen der Flüssigkeit wird bei deren Durchmischung mit den zugeführten Makroalgen der Feuchtegehalt der Makroalgen zum Einstellen erhöht. Die Flüssigkeit ist beispielsweise im Wesentlichen aus Wasser gebildet und kann zudem auch Zusatzstoffe enthalten. Insbesondere kann die Flüssigkeit auch Feststoffe enthalten, die beispielsweise bei der im Prozessraum herrschenden Temperatur und dem im Prozessraum herrschenden Druck flüssig sind bzw. werden.
Ein Zusatzstoff wird beispielsweise für verschiedene verfahrenstechnische Funktionen, etwa verbesserte Fließeigenschaften der pastös vorliegenden Makroalgen oder zum Erzielen einer bestimmten Eigenschaft eines nachgeschaltet hergestellten Polymerwerkstoffs oder daraus hergestellten Biokunststoffprodukts, beispielsweise einer bestimmten mechanischen Eigenschaft, verwendet. Ein solcher Zusatzstoff kann zudem auch in das Verfahren eingebracht werden, wenn neben den Makroalgen weitere Ausgangsstoffe, wie etwa recyclierte Makroalgen oder Polysaccharide daraus, in die erste Zerkleinerungsvorrichtung eingebracht werden, die den Zusatzstoff enthalten. Dies ist beispielsweise dann relevant, wenn neben der Zerkleinerung in dem Prozessraum bereits eine Zusammensetzung erreicht werden soll, die zur unmittelbaren Weiterverarbeitung geeignet ist.
Als Zusatzstoff wird beispielsweise Glycerin und/oder Sorbitol hinzugefügt. In weiteren Ausführungsformen ist zumindest ein Zusatzstoff durch Pentaerythrit, Polyol, Zuckeralkohol, Poly(oxyethylen), Poly(oxypropylen), nichtionische Tenside und/oder anionische Tenside gebildet, die jeweils insbesondere als Weichmacher in einem Biokunststoffprodukt wirken. Weitere bevorzugte Zusatzstoffe, die insbesondere als Lösemittel wirken, sind Glykole, beispielsweise Ethylenglykol oder Diethylenglykol, Methanol, Ethanol, Maltodextrin und/oder Harnstoff. Als Zusatzstoffe können weiterhin vorgesehen sein: 1,3-Butylenglykol, Essig- und Fettsäureester von Glycerin, Aceton, acetyliertes Distärkeadipat, acetylierte Monoglyceride, säurebehandelte Stärke, alkalisch behandelte Stärke, Ascorbinsäure, Palmitinsäureascorbylester, Ascorbylstearat, Azodicarboxamid, Bienenwachs, gebleichte Stärke, Knochenphosphat, bromiertes Pflanzenöl, Kalziumacetat, Kalziumaluminiumsilikat, Pflanzenöle Kalziumascorbat, Kalziumbenzoat, Kalziumbromat, Kalziumkarbonate, Kalziumchlorid, Kalziumcitrat, Kalziumdihydrogenphosphat, Kalziumferrocyanid, Kalziumglukonat, Kalziumhydrogensulfit, Kalziumhydroxid, Kalziumjodat, Kalziumlactat, Kalziumlactatgluconat, Kalziumlactobionat, Saccharose Kalziumperoxid, Kalziumphosphat, Kalziumpolyphosphate, Kalziumsalze von Fettsäuren, Kalziumsilicat, Kalziumsorbat, Kalziumstearat, Kalziumstearoyllactylat, Kalziumsulfat, Kalziumtartrat, Sojaprotein, Kalziumiodiat, Candelillawachs, Carnaubawachs, Johannisbrotkernmehl, Rizinusöl, , Zitronensäure, Erbsenprotein, Zitronensäure- und Fettsäureester des Glycerins, vernetzte Natriumcarboxymethylcellulose Carboxymethylcellulose, Kupfersulfat von Mono- und Diglyceriden von Fettsäuren, Diammoniumhydrogenphosphat, Dikalziumpyrophosphat, Diethylpyrocarbonat, Ethylalkohol, Ethylcellulose, Ethylhydroxyethylzellulose, , Ester von Glycerin und thermisch oxidierte Sojafettsäuren, Zein ethoxylierte Mono- und Diglyceride, Ethylhydroxyethylcellulose, Ameisensäure, Gelatine, Glycerin, Guarkernmehl, , Gummiarabikum, , Peroxidderivate, Wasserstoffperoxid, hydroxyliertes Lecithin, Hydroxypropylzellulose, Hydroxypropyldistärke, Zellulosederivate.
Bevorzugt beträgt eine in dem Prozessraum vorherrschende Prozesstemperatur zwischen 20 und 150°C. Weiter bevorzugt beträgt die in dem Prozessraum vorherrschende Prozesstemperatur zwischen 50 und 150°C. In diesen Temperaturbereichen erfolgt bereits eine Vortemperierung der Makroalgen für eine dem Verfahren nachgeschaltete Vernetzung der Makroalgen bzw. der darin enthaltenen Polysaccharide.
Bevorzugt beträgt ein in dem Prozessraum vorherrschender Prozessdruck zwischen 0,5 und 500 bar. In diesem Druckbereich erfolgt bei den meisten gängigen Makroalgen eine ausreichende Zerkleinerung, insbesondere Feinzerkleinerung.
Besonders bevorzugt werden als Makroalgen solche der Gattungen Rhodophyta - insbesondere die Spezies Kappaphycus Alvarezii und Eucheuma Denticulatum - , Phaeophycae und/oder Chlorophyta verwendet. Diese Arten von Makroalgen eignen sich besonders für eine nachgeschaltete Vernetzung und die Herstellung von Biokunststoffprodukten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Makroalgen vor dem Zuführen zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung getrocknet, zumindest teilweise raffiniert, vorkonditioniert und/oder mit Säure und/oder Base vorbehandelt werden. Getrocknete Makroalgen werden dann in der ersten Fördervorrichtung beispielsweise durch Hinzufügen von Flüssigkeit in ihrem Feuchtegehalt eingestellt. Durch das Raffinieren, Vorkonditionieren oder das Behandeln mit Säure und/oder Base werden vorteilhaft verbesserte Prozesseigenschaften der Makroalgen für die Zerkleinerung und/oder eine nachgeschaltete Vernetzung erreicht. Beispielsweise wird die Makroalge durch die genannten Verfahren in ihren mechanischen Eigenschaften für eine vereinfachte Zerkleinerung verändert.
So wird etwa eine weichere Makroalge, eine verringerte Zähigkeit und/oder eine verringerte Sprödigkeit erreicht. Weiterhin beispielsweise werden in den Makroalgen enthaltene Polysaccharide für die Vernetzung aus der Makroalge gelöst bzw. für die nachgeschaltete Vernetzung zugänglich gemacht.
In einer Ausführungsform ist in dem Prozessraum eine zweite Fördervorrichtung angeordnet, wobei mittels der zweiten Fördervorrichtung aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung ausgestoßene zerkleinerte Makroalgen von der ersten Zerkleinerungsvorrichtung weg gefördert werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung ausgestoßene zerkleinerte Makroalgen unmittelbar abtransportiert werden und insofern den Ausgangsbereich der ersten Zerkleinerungsvorrichtung nicht blockieren bzw. eine Erhöhung der von der ersten Fördervorrichtung aufzubringenden notwendigen Förderkraft bewirken. Mit der zweiten Fördervorrichtung wird also eine weitere Förderkraft auf die zerkleinerten Makroalgen aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform, auf die bereits vorstehend Bezug genommen wurde, sind die erste Fördervorrichtung, die zweite Fördervorrichtung und/oder die erste Zerkleinerungsvorrichtung als Schneckenelemente eines Schneckenextruders, insbesondere eines Doppelschneckenextruders, ausgebildet. In einem Schneckenextruder können die erste Fördervorrichtung und die erste Zerkleinerungsvorrichtung vorteilhaft unmittelbar nacheinander auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein, sodass die von der ersten Fördervorrichtung aufgebrachte Förderkraft unmittelbar in die erste Zerkleinerungsvorrichtung hineinwirken kann. Weiterhin eigenen sich dazu eingerichtete Schneckenelemente in besonderem Maße für die Zerkleinerung von Makroalgen bzw. lassen sich je nach verwendeten Makroalgen in ihrer Geometrie für einen besonders guten mechanischen Wirkungsgrad bei der Zerkleinerung anpassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform sind die Schneckenelemente in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse eine konturierte Innenwandung aufweist. Beispielsweise weist die Innenwandung eine in axialer Richtung oder helixförmig verlaufende Nut oder Feder auf. Durch die Konturierung der Innenwandung wird erreicht, dass in den Schneckenelementen befindliche Makroalgen gegenüber der Innenwandung festgehalten und insofern von einem Mitdrehen mit den Schneckenelementen, das zu einem verschlechterten Wirkungsgrad beim Zerkleinern führen würde, abgehalten werden.
Die Aufgabe wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Makroalgen, aufweisend: einen Prozessraum, zumindest eine erste Fördervorrichtung und zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung, wobei die Zerkleinerungsvorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach dem ersten Erfindungsaspekt ausgebildet ist. Mit der Zerkleinerungsvorrichtung werden die bezüglich des ersten Erfindungsaspekts erreichten Vorteile entsprechend erreicht. Insbesondere ist mit der Zerkleinerungsvorrichtung die Zerkleinerung von Makroalgen in einem mittleren Feuchtebereich bei gutem mechanischen Wirkungsgrad und ohne Lösen von Bestandteilen der Makroalgen sowie ohne Verstopfen der ersten Zerkleinerungsvorrichtung ermöglicht.
In einer bezüglich des ersten Erfindungsaspekts bereits als vorteilhaft beschriebenen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Fördervorrichtung zum Wegführen von aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung ausgestoßener zerkleinerter Makroalgen von der ersten Zerkleinerungsvorrichtung auf.
Weiterhin bevorzugt und ebenfalls bereits als vorteilhaft beschrieben ist die Vorrichtung als Schneckenextruder ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schneckenextruder als Doppelschneckenextruder mit zwei auf parallelen Rotationsachsen angeordneten und miteinander wechselwirkenden Schnecken. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schneckenextruder als Einschneckenextruder, beispielsweise mit gehäuseseitigen, feststehenden Scher- und/oder Schneidelementen und an der Schnecke angeordneten/durch die Schnecke gebildeten Scher- und/oder Schneidelementen als Zerkleinerungsvorrichtung ausgebildet. Besonders bevorzugt weist der Schneckenextruder dabei ein Gehäuse mit einer konturierten Innenwandung auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Formulierung Figur ist in den Zeichnungen mit Fig. abgekürzt.
In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: eine schematisches Verfahrensschaubild eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung; und
Fig. 2: eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann eigenständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen Ausführungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, das für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Anspruchskategorie beschrieben wird, kann auch in entsprechender Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Anspruchskategorie eingesetzt werden.
Figur 1 zeigt ein Verfahren 1 nach dem ersten Erfindungsaspekt zum Zerkleinern von Makroalgen in einem Prozessraum, wobei in dem Prozessraum zumindest eine erste Fördervorrichtung und zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung angeordnet sind.
In einem ersten Schritt 11 werden Makroalgen in die erste Fördervorrichtung eingefüllt. Die Makroalgen sind dabei beispielsweise unbehandelt, getrocknet, zumindest teilweise raffiniert, vorkonditioniert und/oder mit Säure und/oder Base vorbehandelt. Besonders bevorzugt werden als Makroalgen der Gattung Rhodophyta, insbesondere die Spezies Kappaphycus Alvarezii und Eucheuma Denticulatum, Phaeophycae und/oder Chlorophyta verwendet. In die erste Fördervorrichtung können insbesondere neben den Makroalgen weitere Stoffe, insbesondere eine Flüssigkeit und/oder Zusatzstoffe eingefüllt werden.
In einem zweiten Schritt 12 werden die Makroalgen der ersten Zerkleinerungsvorrichtung mittels der ersten Fördervorrichtung zugeführt. Dazu wird durch die erste Fördervorrichtung eine Förderkraft auf die Makroalgen aufgebracht.
In einem dritten Schritt 13 werden die Makroalgen in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung mittels Druck, Reibung und/oder Scherung zerkleinert. In einem vierten Schritt 14 werden die zerkleinerten Makroalgen aus der Zerkleinerungsvorrichtung durch nachgeförderte Makroalgen ausgestoßen. Die von der ersten Fördervorrichtung in die erste Zerkleinerungsvorrichtung nachgeförderten Makroalgen drücken also die zerkleinerten Makroalgen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung heraus. Dabei wird der Feuchtegehalte der Makroalgen zuvor in der ersten Fördervorrichtung derart eingestellt, dass die zerkleinerten Makroalgen beim Ausstoßen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung pastös vorliegen, also in einem Zwischenzustand zwischen flüssigem und festem Aggregatzustand, in dem die zerkleinerten Makroalgen nicht selbstständig, sehr wohl aber unter äußeren Kräften, fließfähig sind. Der Feuchtegehalt wird insbesondere über Ent- oder Befeuchten der Makroalgen in der ersten Fördervorrichtung eingestellt.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 3 zum Zerkleinern von Makroalgen gemäß dem zweiten Aspekts der Erfindung bzw. zum Ausführen eines Verfahrens 1 nach dem ersten Erfindungsaspekt. Die Vorrichtung 3 ist als Doppelschneckenextruder ausgebildet und weist einen Prozessraum 4 auf, der durch ein Gehäuse 4.1 gebildet ist und in dem auf parallelen Rotationsachsen AX.1, AX.2 zwei Schnecken 5.1, 5.2 angeordnet sind. Die Schnecken 5.1, 5.2 weisen stark vereinfacht dargestellte Windungen mit sich helixförmig erstreckende Flanken auf. Die Windungen bzw. Flanken der beiden Schnecken 5.1, 5.2 weisen zudem einander entsprechende, zueinander gespiegelte Geometrien auf.
Die Schnecken 5.1, 5.2 sind aus mehreren ineinander übergehende Schneckenelementen 6.1, 6.2, 6.3 gebildet, wobei das erste Schneckenelement 6.1 eine erste Fördervorrichtung 7.1 mit sich stark in axialer Richtung A erstreckenden Windungen bildet. An der ersten Fördervorrichtung 7.1 werden über einen Trichter Makroalgen 8 und über einen Schlauch eine Flüssigkeit 9 in den Prozessraum 4 eingefüllt, die dann mittels der ersten Fördervorrichtung 7.1 einer durch das zweite Schneckenelement 6.2 gebildeten ersten Zerkleinerungsvorrichtung 7.2 zugeführt werden. In der ersten Zerkleinerungsvorrichtung 7.2 verlaufen die Windungen mit weniger starker Erstreckung in der axialen Richtung A und verstärkt in Umfangsrichtung, sodass ein Abstand zwischen den Windungen abnimmt und zur Zerkleinerung Druck, Reibung und Scherung auf die Makroalgen 8 wirkt. Die Makroalgen 8 werden dabei mittels der Förderkraft der ersten Fördervorrichtung 7.1 durch die erste Zerkleinerungsvorrichtung 7.2 hindurch gedrückt. Letztlich bildet das dritte Schneckenelement 6.3 eine zweite Fördervorrichtung 7.2, die wiederum wie die erste Fördervorrichtung 7.1 mit sich stark in axialer Richtung A erstreckenden Windungen ausgebildet ist und aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung 7.2 ausgestoßene zerkleinerte Makroalgen 8 von der ersten Zerkleinerungsvorrichtung 7.2 mittels einer weiteren Förderkraft weg fördert.
Durch die Schnecken 5.1, 5.2 stellt sich über den Verlauf der Schneckenelemente 6.1, 6.2, 6.3 ein Prozessdruck ein. Ferner werden die in dem Prozessraum 4 befindlichen Makroalgen 8 mittels Temperiermitteln 10 auf eine Prozesstemperatur temperiert. Ein Eintrag von Wärmeenergie erfolgt ferner auch über die mechanische Arbeit, die die Schnecken 5.1, 5.2 an den Makroalgen 8 verrichten. Das Gehäuse 4.1 weist ferner eine konturierte Innenwandung auf. Dazu ist eine sich in axialer Richtung A erstreckende Feder 4.2 an der Innenwandung angeordnet, mittels der ein Mitdrehen der Makroalgen 8 mit den Schnecken 5.1, 5.2 verhindert wird.

Bezugszeichenliste

1: Verfahren
3: Vorrichtung
4: Prozessraum
4.1: Gehäuse
4.2: Feder
5.1: erste Schnecke
5.2: zweite Schnecke
6.1: erstes Schneckenelement
6.2: zweites Schneckenelement
6.3: drittes Schneckenelement
7.1: erste Fördervorrichtung
7.2: erste Zerkleinerungsvorrichtung
7.3: zweite Fördervorrichtung
8: Makroalgen
9: Flüssigkeit
10: Temperiermittel
11: erster Verfahrensschritt - Einfüllen der Makroalgen in die erste Fördervorrichtung
12: zweiter Verfahrensschritt - Zuführen der Makroalgen zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung
13: dritter Verfahrensschritt - Zerkleinern der Makroalgen in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung
14: vierter Verfahrensschritt - Ausstoßen der zerkleinerten Makroalgen aus der Zerkleinerungsvorrichtung
A: axiale Richtung
AX.1: erste Rotationsachse
AX.2: zweite Rotationsachse

Claims

Verfahren (1) zum Zerkleinern von Makroalgen (8) in einem Prozessraum (4), wobei in dem Prozessraum (4) zumindest eine erste Fördervorrichtung (7.1) und zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) angeordnet sind, das Verfahren (1) aufweisend die Schritte:
Einfüllen der Makroalgen (8) in die erste Fördervorrichtung (7.1);

Zuführen der Makroalgen (8) zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) mittels der ersten Fördervorrichtung (7.1);

Zerkleinern der Makroalgen (8) in der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) mittels Druck, Reibung und/oder Scherung; und

Ausstoßen der zerkleinerten Makroalgen (8) aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) durch nachgeförderte Makroalgen (8);

wobei der Feuchtegehalte der Makroalgen (8) in der ersten Fördervorrichtung (7.1) derart eingestellt wird, dass die zerkleinerten Makroalgen (8) beim Ausstoßen aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) pastös vorliegen.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, wobei der Feuchtegehalt der Makroalgen (8) auf 20 bis 95%, bevorzugt 25 bis 88%, weiter bevorzugt 30 bis 88 %, weiter bevorzugt 30 bis 70% und noch weiter bevorzugt 45 bis 70% eingestellt wird.
Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Einstellen des Feuchtegehalts der Makroalgen (8) der ersten Fördervorrichtung (7.1) eine Flüssigkeit (9) zugeführt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine in dem Prozessraum (4) vorherrschende Prozesstemperatur zwischen 20 und 150°C, insbesondere zwischen 50 und 150°C, beträgt.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein in dem Prozessraum (4) vorherrschender Prozessdruck zwischen 0,5 und 500 barbeträgt.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Makroalgen (8) solche der Gattungen Rhodophyta, Phaeophycae und/oder Chlorophyta verwendet werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Makroalgen (8) vor dem Zuführen zu der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.1) getrocknet, zumindest teilweise raffiniert, vorkonditioniert und/oder mit Säure und/oder Base vorbehandelt werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ersten Fördervorrichtung (7.1) zumindest ein Zusatzstoff zugeführt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Prozessraum (4) zumindest eine zweite Fördervorrichtung (7.3) angeordnet ist, und wobei mittels der zweiten Fördervorrichtung (7.3) aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) ausgestoßene zerkleinerte Makroalgen (8) von der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) weg gefördert werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fördervorrichtung (7.1), die zweite Fördervorrichtung (7.3) und/oder die erste Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) als Schneckenelemente (6.1, 6.2, 6.3) eines Schneckenextruders, insbesondere eines Doppelschneckenextruders, ausgebildet sind.
Verfahren (1) nach Anspruch 10, wobei die Schneckenelemente (6.1, 6.2, 6.3) in einem Gehäuse (4.1) angeordnet sind und wobei das Gehäuse (4.1) eine konturierte Innenwandung aufweist.
Vorrichtung (3) zum Zerkleinern von Makroalgen (8), aufweisend:
einen Prozessraum (4);

zumindest eine erste Fördervorrichtung (7.1); und

zumindest eine erste Zerkleinerungsvorrichtung (7.2);

wobei die Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) zum Ausführen eines Verfahrens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, aufweisend eine zweite Fördervorrichtung (7.3) zum Wegführen von aus der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2) ausgestoßener zerkleinerter Makroalgen (8) von der ersten Zerkleinerungsvorrichtung (7.2).
Vorrichtung (3) nach Anspruch 12 oder 13, ausgebildet als Schneckenextruder, insbesondere als Doppelschneckenextruder.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 14, aufweisend ein Gehäuse (4.1) mit einer konturierten Innenwandung.