Chaque jour, de grandes quantités de lactosérum sont produites comme sous-produit par l'industrie laitière. Rien qu'en Allemagne, cela représente 12,6 millions de tonnes par an. Pour chaque kilogramme de fromage, par exemple, 9 kilogrammes de lactosérum sont produits. Une partie de celle-ci est transformée ultérieurement, par exemple en boissons à base de lactosérum avec des additifs de fruits ou d'autres boissons mélangées. Le lactose et les protéines contenus dans le lactosérum peuvent également être séparés et utilisés d'autres manières, par exemple comme matière première dans les produits pharmaceutiques ou dans les aliments pour bébés. Cependant, une fois les protéines et le lactose séparés, il reste de la mélasse. L'élimination de cette substance est très compliquée et coûteuse, en raison de sa teneur relativement élevée en sel.

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS à Hermsdorf, en collaboration avec TU Dresden, ont maintenant développé un procédé pour extraire l'acétate d'éthyle précieux, un solvant incolore, de la mélasse. L'acétate d'éthyle est souvent utilisé dans la fabrication d'adhésifs, d'encres d'imprimerie ou de vernis. Il peut également être utilisé pour nettoyer les surfaces.

Jusqu'à présent, l'acétate d'éthyle était produit à partir de gaz naturel et de dérivés du pétrole. La production d'acétate d'éthyle à partir de lactosérum, d'autre part, donne un produit nettement supérieur par rapport aux solvants nocifs pour l'environnement en raison de sa dégradabilité microbienne facile et il est également indépendant des fluctuations des prix du gaz naturel et du pétrole brut. Autre avantage :le procédé développé par TU Dresden et Fraunhofer IKTS rend inutile l'élimination coûteuse de la mélasse. L'acétate d'éthyle séparé offre une pureté élevée de 97,5 % et peut donc être utilisé immédiatement comme matière première sans autres étapes de traitement.

Fermentation de la mélasse et séparation dans la membrane

En principe, le processus de séparation est simple. Pour commencer, la mélasse est fermentée dans un bioréacteur, qui est ventilé pour permettre des conditions aérobies. La réaction forme un mélange gaz-vapeur contenant de l'acétate d'éthyle. Celui-ci est ensuite séparé à l'aide de membranes composites spéciales. "Un mélange de gaz et de vapeur d'eau reste sous forme de déchet, qui peut être rejeté dans l'environnement sans problème", explique le Dr Marcus Weyd, responsable du groupe Technologie et modélisation des procédés membranaires.

Dans le développement de la membrane, les chercheurs de Fraunhofer IKTS ont apporté leurs décennies d'expertise dans le domaine des matériaux, en particulier les technologies membranaires. La membrane composite, spécialement développée pour le procédé, est constituée d'une combinaison de polymères et de particules inorganiques à base de zéolithe. "Nous utilisons du caoutchouc de silicone liquide comme polymère. Celui-ci est mélangé avec de la zéolite (silicalite-1), appliqué sur un non-tissé de polyester de support et durci. La membrane n'a qu'une épaisseur totale de 10 µm et la taille des pores est de 0,5 nm", explique le Dr Thomas Hoyer, spécialiste dans le domaine des membranes zéolithiques et des nanocomposites.

Même si la membrane est équipée de pores, le processus de séparation proprement dit, dans lequel l'acétate d'éthyle est séparé, ne fonctionne pas comme un tamis. Au lieu de cela, l'effet de séparation des gaz est créé par des interactions entre la zéolite et l'acétate d'éthyle. "Les molécules sont adsorbées par la zéolithe, glissent le long des surfaces des pores, provoquant leur diffusion à travers la membrane composite", explique le Dr Hoyer. Il n'est pas non plus nécessaire d'appliquer une pression élevée pour "forcer" l'acétate d'éthyle à travers la membrane. "La création d'une certaine différence de pression partielle est suffisante pour initier la réaction chimique et la diffusion ultérieure."

Recherché :utilisations possibles de la mélasse

L'idée est née d'une initiative de la TU Dresden, qui cherchait des moyens d'utiliser la mélasse et s'est tournée vers Fraunhofer IKTS pour obtenir de l'aide. L'équipe TU s'est occupée du processus de fermentation, tandis que l'équipe Fraunhofer était chargée de développer et d'optimiser la technologie membranaire.

"Nous avons réussi à produire une membrane très avancée avec des pores extrêmement petits grâce à un processus relativement simple et rentable", résume le Dr Weyd. Pour les entreprises industrielles, le fait que le processus de séparation des gaz se compose d'une seule étape et ne nécessite donc qu'un petit nombre de membranes et de modules de contrôle est un avantage pratique. Une fois que les paramètres du processus de fermentation et de séparation des gaz sont correctement configurés, le processus de séparation se déroule de manière autonome et stable.

La prochaine étape à l'ordre du jour des chercheurs est la mise à l'échelle de la taille des modules membranaires afin de rendre la technologie disponible pour une utilisation industrielle. La technologie a plus d'applications que la simple extraction de l'acétate d'éthyle de la mélasse :elle peut être utilisée dans tout processus nécessitant la séparation de mélanges gazeux ou la filtration des composants volatils tels que les hydrocarbures. + Explorer plus loin

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