Projekt 21150/01

Untersuchung über Wiederverwertungsmöglichkeiten des bei der Produktion von entkoffeiniertem Kaffee anfallenden Abfallstoffes Kaffeewachs

Projektdurchführung

Quality Services International GmbH (QSI)
Flughafendamm 9 a
28199 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der technischen Herstellung entkoffeinierten Kaffees wird den Rohkaffeebohnen mittels unterschied-licher Verfahren das Alkaloid Koffein entzogen. Neben dem nutzbaren Koffein bleiben dabei jährlich ca. 2,500 Tonnen sogenanntes ‚technisches Kaffeewachs als Produktionsabfall übrig. Dieser Rückstand wird bisher - aufgrund mangelnder Möglichkeiten - keiner sinnvollen Weiterverwertung zugeführt und muss daher als Sonderabfall deponiert werden.
In einem Vorprojekt (1997 - 1999) wurde bereits eine grundlegende chemisch-physikalische Charakterisierung des Produktionsabfalls unter Berücksichtigung der verschiedenen Entkoffeinierungsverfahren durchgeführt und es konnte gezeigt werden, dass der Produktionsabfall ein nicht unerhebliches Wertstoffpotential darstellt. Hauptziel des Projekts war daher die Optimierung beziehungsweise Erarbeitung neuer Lösungswege von Aufarbeitungsverfahren für den Abfallstoff ‚technisches Kaffeewachs und das Aufzeigen von Applikationsmöglichkeiten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung der Ziele sollten 2 Wege parallel verfolgt werden:
1. Aufarbeitung des Wachses - Ziel war eine Verfahrensentwicklung zur Darstellung des Wachses in einer hohen Reinheit und reproduzierbaren Qualität. Dabei spielt vor allem die Entfärbung und Desodorierung eine Rolle. Durch kontinuierliche, entwicklungsbegleitende Charakterisierung (chem. Zusammensetzung, Reinheit) mussten die Produkteigenschaften des gereinigten Kaffeewachses definiert werden. Diese Untersuchungen wurden zunächst im Labormaßstab durchgeführt.
2. Potentielle Applikationsmöglichkeiten - Parallel dazu sollten innovative Applikationen für das aufgearbeitete Kaffeewachs gefunden und/oder entwickelt werden. Potentielle Anwendungsgebiete gibt es besonders in der Pharmaindustrie (Naturstoffsektor) sowie in der Kosmetik- und Nahrungsmittelindustrie. Aufgrund der antioxidativen und eventuell auch bakteriostatischen Inhaltstoffe des Kaffeewachses ist auch eine Verwendung des Wachses in toto als Holz- oder Rostschutzmittel, vornehmlich im Außenbereich denkbar.
Die Untersuchungen wurden von QSI in enger Zusammenarbeit mit dem Kooperationspartner SSB durchgeführt. Das notwendige Untersuchungsmaterial wurde von der Firma Hermsen, Bremen (CR3-Kaffeeveredlung) zur Verfügung gestellt.


Ergebnisse und Diskussion

Bei dem bei der Produktion von entkoffeinierten Kaffee anfallenden Abfallstoff Kaffeewachs handelt es sich um eine grün-braune, wachsartige, feste bis halbfeste Masse mit stark unangenehmem, rohkaffee-ähnlichen Geruch.
Das Konzept des Projektes beruhte auf der Tatsache, dass es sich bei Kaffeewachs um ein wachsartiges Material handelt, das nach Veredelung entsprechenden Anwendungen, z. B. als sekundärer Rohstoff in der Kosmetik- und/oder Pharmaindustrie, zugänglich gemacht werden könnte.
Alternative Wachse im Handel wie z. B. Carnabau- und Bienenwachs sind hell und nahezu geruchlos. Daher wurde zunächst versucht, das Kaffeewachs zu entfärben und zu desodorieren. Durch Extraktion mit unpolaren Lösungsmitteln wie Hexan oder Petrolether ließ sich aus technischem Kaffeewachs ein homogenes, nur noch schwach riechendes, dunkelgrünes bis dunkelbraunes, relativ weiches Wachs isolieren. Mit Hilfe von Aktivkohle (z. B. der chemisch aktivierten Kohle ‚ColorSorb Z3-1, Jacobi Aktivkohle GmbH, Frankfurt a.M.) war es möglich, das Wachs zu entfärben, so dass es am Ende als ein hellgelbes Wachs vorlag.
Eine weitgehende Desodorierung konnte mittels der Wasserdampfdestillation oder durch intensive Belüftung durch warme Luft erreicht werden.
Da das anfallende Kaffeewachs in der Praxis stets eine Mischung aus verschiedenen Entkoffeinierungsverfahren und Kaffeemischungen ist, wurden parallel zu den Veredlungsversuchen über einen längeren Zeitraum verteilt Proben gezogenen und analysiert, um einen Überblick über Schwankungen in der Zusammensetzung des Kaffeewachses zu erhalten. Schwankungen wurden hauptsächlich bei dem Wassergehalt (Trocknungsverlust) und Koffeingehalt gefunden. Weiterhin wurde meist eine starke mikrobielle Belastung durch Sporen und Schimmelbildung festgestellt. Daneben wurden auch Unterschiede beim Lösungsverhalten und damit verbunden auch bei der Entfärbbarkeit festgestellt.
Alle durchgeführten Versuche zeigten jedoch, dass zum Erreichen der optimalen Bedingungen stets unökonomisch hohe Mengen an Agens benötigt wurden bzw. die Ausbeute sehr gering und die Reinigung dadurch sehr teuer war. Da marktübliche Preise nicht zu erreichen waren, wurde von weiteren Versuchen abgesehen.
Alternativ wurden deshalb Versuche zu einem ganzheitlichen Einsatz des Kaffeewachses gemacht, bei denen das Kaffeewachs weitgehend unbehandelt eingesetzt werden kann. Als mögliche Applikationen wurden dabei zunächst der Einsatz als technisches Hilfsmittel (Trennmittel) und im Bereich des Holzschutzes gesehen.
Rücksprachen mit potentiellen Anwendern ergaben, dass eine grundlegende Voraussetzung zur Anwendbarkeit des Kaffeewachses als technisches Hilfsmittel ein neutraler Geruch ist. Als einfachste Methode zur Desodorierung hatte sich die Belüftung des Kaffeewachs mit warmer Luft herausgestellt. Bei speziellen, hausinternen Tests der potentiellen Endnutzer mit dem auf diese Weise desodoriertem Kaffeewachs stellte sich jedoch heraus, dass das Kaffeewachs den jeweiligen Anforderungen nicht genügt, da es gravierend andere Eigenschaften als klassische Wachse besitzt.
Hinsichtlich der Anwendung als Holzschutzmittel zeigten Lösungen von Kaffeewachsextrakten - z. B. auf Basis von Limonen - in ersten Ansätzen positive Ergebnisse. Nach orientierender Kontaktaufnahme zu potentiellen Produzenten und Vertreibern ökologischer Holzschutzprodukte wurde aber aufgrund deren negativen Einschätzungen von weiteren Versuchen im größerem Maßstab Abstand genommen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Aufgrund des negativen Projektergebnisses wird von einer Publikation abgesehen.


Fazit

Es konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, ein helles, geruchsloses Wachs in verschiedenen Qualitäten aus dem Abfallstoff Kaffeewachs herzustellen. Eine Weiterverwendung dieses gereinigten Wachses scheint aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll, da die zum Erreichen dieser Qualitäten benötigen Ressourcen extrem hoch sind.
Ferner wurden im Rahmen des Projektes verschiedene alternative Applikationsmöglichkeiten im technischen Bereich geprüft. Spezielle Applikationstests mit desodoriertem Kaffeewachs von potentiellen Endnutzern hinsichtlich der Eignung als z. B. Trennmittel waren dabei jedoch negativ.
Ein weiteres negatives Kriterium stellte der Herstellungsprozess des Kaffeewachses beim Entkoffeinierer dar. Wie die chemische Analyse ergab, besitzt das Kaffeewachs unter anderem bedingt durch die Zwischenlagerung im Freien eine starke Schimmelsporenbelastung und damit eine verstärkte Neigung zur Schimmelbildung. Ferner war die Rohstoffqualität nicht ausreichend reproduzierbar.
Aufgrund der oben genannten Punkte erscheint eine Weiterführung des Projektes derzeit nicht sinnvoll.