Commercial native lipase A from Candida antarctica was used to produce alkyl esters through the alcoholysis of (waste) fats with 2-ethyl-1-hexanol. The process was carried out in batch stirred tank reactors (from 100 mL up to 3000 L).
The content of alkyl esters in reaction mixtures was determined by gradient HPLC using an evaporative light scattering detector and the reaction progress was controlled by determining the ratio of the palmitic acid ester peak area to the oleic acid ester peak area in HPLC chromatograms.
The results show that alcoholysis is the favoured reaction in presence of excess water and water-insoluble alcohols in comparison with hydrolysis (fatty acid content <5%). The optimum amount of water for the alcoholysis was found to be 80-100% of the amount of fat. In the presence of low quantities of water both alcoholysis and hydrolysis are slow.
Conversion rate increases with increasing temperature to 65-70 °C.
Based on these results a large-scale test to produce 3000 L of alkyl ester (to be used as lubricant coolant) was carried out. The experiments have proved that alcoholysis is completed after about 7-10 h depending on temperature.
Hintergrund und Ziel. Kühlschmierstoffe auf der Basis von Fettsäureestern bieten technologische Vorteile gegenüber mineralölbasierten Produkten. Außerdem sind sie umweltgerechter und leisten einen Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften. Dennoch werden sie in der Praxis kaum eingesetzt, da sie bisher aufgrund von Rohstoffpreisen und Synthesekosten teurer sind, als konventionelle Konkurrenzprodukte. Alternativen hinsichtlich Rohstoffen und Synthesewegen werden betrachtet und die Eigenschaftsbilder resultierender Esterprodukte miteinander verglichen.
Methoden. In die Untersuchungen wurden drei auf enzymatischkatalytischem Weg hergestellte Fettsäure-2-Ethylhexylester auf der Basis von Erdnussfett, Rindertalg und Altspeisefett sowie vier konventionell synthetisierte Ester aus Tier- bzw. Pflanzenfetten und 2-Ethyl-1-Hexanol einbezogen. Bestimmt wurden physikalische Eigenschaftswerte, Fettsäurespektren, Gehalte an freien Fettsäuren sowie Oxidations- und Hydrolysestabilitäten. Ferner wurden Thermolyseexperimente durchgeführt.
Ergebnisse. Die physikalischen Eigenschaften der sieben Ester, d.h. Dichte, Viskosität, Pourpoint und Flammpunkt, waren vergleichbar und ließen die Anwendbarkeit der Produkte als Basisöle für Kühlschmierstoffe erwarten. Hydrolysebeständigkeiten waren hoch und thermische Belastungen der Ester gaben keine Hinweise auf besondere Schadstoffbildungspotentiale. Defizite wiesen insbesondere die enzymatisch hergestellten Ester hinsichtlich Oxidationsstabilitäten und den Gehalten an freien Fettsäuren auf.
Ausblick. Für die Praxis wird es notwendig sein, Mindestqualitäten für Rohstoffe und resultierende Esteröle zu definieren, die als Grundöle im Kühlschmierstoffbereich eingesetzt werden sollen. Außerdem müssen Verfahren ausgearbeitet werden, die es ermöglichen, zu qualitativ hochwertigen Esterprodukten zu gelangen, ohne den Preisvorteil von Rohstoffen wie Altspeise- und Tierfetten durch hohe Produktions- und Veredelungskosten zu verlieren. Ein Beitrag hierzu ist sicherlich die Weiterentwicklung der wenig energieaufwändigen enzymatischen Alkoholyse zur Esterproduktion.