Fachbeitrag

Nachwachsende Rohstoffe auf dem Vormarsch

Die Besonderheiten bei der Aufbereitung von Pflanzen
Angesichts der drohenden Ressourcenknappheit richtet sich das Augenmerk der Industrie verstärkt auf die technische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen. Viele Pflanzen gewinnen als Rohstoff für Fasern, Farb- und Arzneimittel, Öle, Fette und Dämmstoffe immer mehr an Bedeutung. Aufgrund ihres komplexen Eigenschaftenprofils ist die Probenvorbereitung zur Analytik recht anspruchsvoll. Im Bereich der Vor- und Feinzerkleinerung von Pflanzen sind viel Know-how und Erfahrung gefragt, um zuverlässige Analysenergebnisse zu erhalten.

Wer einen Blick auf die aktuellen Zahlen zur technischen Nutzung von Pflanzen wirft, dürfte beeindruckt sein: 800000 Tonnen pflanzlicher Öle nutzt die chemische Industrie jährlich zur Herstellung von Tensiden, Schmierstoffen und Hydraulikflüssigkeiten, 200000 Tonnen Naturfasern gehen in die Erzeugung von Dämm- und Verbundstoffen in der Bau- und Automobilindustrie, über 300000 Tonnen dienen der Herstellung von Cellulose oder Chemiezellstoff! Insgesamt wurden im Jahr 2005 hierzulande rund 2,7 Mio. Tonnen nachwachsende Rohstoffe in der chemisch-technischen Industrie verarbeitet. Daher gewinnt auch die Analytik im Rahmen von Entwicklung oder Qualitätssicherung immer weiter an Bedeutung. Besondere Anforderungen stellt dabei die Probenvorbereitung durch Zerkleinerung: Leicht flüchtige Inhaltsstoffe, faserige Struktur, abrasives Verhalten oder starke Volumenabnahme während der Vermahlung gilt es, zu berücksichtigen.

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Pflanzen – abrasiv, faserig, zäh

Pflanzen wie Flachs, Hanf oder Schilf sind nicht nur faserig, sie wirken auch abrasiv und können so den Abrieb an Mahlwerkzeugen beim Zerkleinerungsprozess fördern. Darüber hinaus enthalten alle natürlichen Rohstoffe Feuchtigkeit und ätherische Öle, die unter Umständen Ziel einer analytischen Untersuchung sind. Diese typischen Eigenschaften nehmen daher Einfluss auf die Auswahl einer geeigneten Labormühle.

Für den ersten Schritt – die Vorzerkleinerung – sind Schneidmühlen wie die SM 2000 von RETSCH hervorragend geeignet. Mit dieser Mühle können größere Mengen faseriger Materialien, wie z.B. Hanf, unter Verwendung eines 20-mm-Siebes grob vorzerkleinert werden. Über einen Probenteiler wird dann eine repräsentative Teilmenge für die Feinzerkleinerung auf Analysenfeinheit entnommen. Die besten Voraussetzungen für diese Aufgabe besitzen Planeten-Kugelmühlen.

Planeten- Kugelmühlen

Das Prinzip der Planeten-Kugelmühle beruht auf zwei überlagerten Drehbewegungen, die auf die Mahlkugeln im Inneren wirken. Der Mahlbecher ist exzentrisch auf einem Sonnenrad angeordnet. Mahlbecher und Sonnenrad drehen sich gegenläufig. Die Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den Kugeln im Mahlbecher und dem Mahlbecher selbst führen schließlich zu einer Wechselwirkung aus Reib- und Prallkräften. Das Zusammenspiel dieser Kräfte bewirkt eine sehr effektive Zerkleinerung, besonders bei zähen, faserigen Materialien.

Materialtypische Besonderheiten

Bei der Zerkleinerung von Pflanzen treten zwei charakteristische Besonderheiten auf, die den Zerkleinerungsvorgang beeinflussen:

  • Üblicherweise folgt die Befüllung von Kugelmühlen der Regel: 1/3 Mahlgut, 1/3 Mahlkugeln und 1/3 Leervolumen. Nicht so bei Pflanzen! Aufgrund ihrer sehr geringen Dichte zeigen diese bereits nach 1...2 min eine starke Volumenabnahme. Folglich sollte zu Beginn der Zerkleinerung der Mahlbecher entgegen der sonstigen Regel bis zum Rand befüllt werden, um zu starken Abrieb an Mahlbecher und Mahlkugeln zu verhindern (siehe Bild 2).
  • Der Mahlvorgang braucht etwas Zeit, besitzt allerdings den Vorteil, auch sehr heterogenes Probengut vollständig zu zerkleinern. Bei einem Bechervolumen von 250 ml und drei Mahlkugeln mit einem Durchmesser von 30 mm ist bei Pflanzen mit einer Mahldauer von etwa 15...20 min zu rechnen, um einheitliche Partikel <100 µm zu erhalten. In dieser Form lassen sich reproduzierbare Teilproben für jede gängige Analysenmethode entnehmen.

Zusammenfassung

Das Erzielen verlässlicher Ergebnisse bei den Analysen von Naturstoffen in Entwicklung, Herstellung und Qualitätssicherung ist anspruchsvoll, aber keine Zauberei. Die Probenvorbereitung muss auf die besonderen Eigenschaften der Bio-Rohstoffe Rücksicht nehmen. Dies erfordert zwar einiges an Erfahrung, die hier vorgestellte Methode liefert jedoch homogene, repräsentative Proben für eine reproduzierbare Analytik.

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