Häufig gestellte Fragen
CO₂ wird zu einem überkritischen Fluid, wenn es auf einen Druck von über 73,8 bar komprimiert und auf eine Temperatur von über 31,1 °C erhitzt wird. Oberhalb dieses kritischen Punktes weist es besondere Eigenschaften auf: Es vereint die Vorteile einer gasartigen, niedrigen Viskosität – wodurch es leichter in eine feste Matrix diffundieren kann – mit einer flüssigkeitsartigen, hohen Dichte und somit sehr guten Solvatationseigenschaften.
Darüber hinaus lässt sich der Aggregatzustand von scCO₂ durch eine Änderung von Druck und Temperatur problemlos vom überkritischen Zustand zurück in den gasförmigen oder flüssigen Zustand überführen, wodurch es für Trenn- oder Imprägnierungsverfahren eingesetzt werden kann.
Die Extraktion mit überkritischem CO₂, auch bekannt als Extraktion mit überkritischen Flüssigkeiten (SFE), ist eine fortschrittliche Trenntechnik, bei der Kohlendioxid oberhalb seines kritischen Punktes von 73,8 bar und 31,1 °C eingesetzt wird, um wertvolle Verbindungen selektiv aus natürlichen oder synthetischen Rohstoffen zu extrahieren.
In seinem überkritischen Zustand vereint CO₂ die Diffusionsfähigkeit eines Gases mit der Lösungsmittelkraft einer Flüssigkeit. Dieses einzigartige physikalische Verhalten ermöglicht ein tiefes Eindringen in feste Matrixe bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Selektivität und Extraktionseffizienz. Nach Abschluss des Extraktionsschritts lässt sich CO₂ durch einfaches Verringern des Drucks vom Produkt trennen, ohne dass Lösungsmittelrückstände zurückbleiben.
Für Hersteller, die auf die Märkte für Lebensmittel, Kosmetika, Nutrazeutika oder Arzneimittel abzielen, stellt die Extraktion mit überkritischem CO₂ eine hochreine, zukunftssichere Verarbeitungstechnologie dar, die den regulatorischen Anforderungen und den Erwartungen hinsichtlich Nachhaltigkeit gerecht wird.
Kurz gesagt: Es ist nicht brennbar, keimtötend, der Extrakt und der Rohstoff sind lösungsmittelfrei, es ist schonend und bewahrt flüchtige Stoffe, es kann innerhalb der Anlage recycelt werden, und die Eigenschaften des Lösungsmittels lassen sich durch Druck- und Temperaturänderungen anpassen.
Auf den internationalen Märkten prägen regulatorische Anforderungen, Verbrauchererwartungen und ESG-orientierte Nachhaltigkeitsstrategien die industrielle Verarbeitung neu. Die Extraktion mit überkritischem CO₂ unterstützt diese Entwicklungen unmittelbar.
Überkritisches CO₂ ist nicht brennbar, ungiftig und wird in einem geschlossenen Kreislaufsystem eingesetzt, in dem das CO₂ wiederverwertet wird. Es ermöglicht eine schonende Verarbeitung von thermisch empfindlichen und flüchtigen Verbindungen und erlaubt gleichzeitig eine präzise Steuerung der Lösungsmittelstärke durch Anpassung von Druck und Temperatur. Im Vergleich zu herkömmlichen organischen Lösungsmitteln wie Hexan bietet überkritisches CO₂ eine überlegene Produktreinheit, vereinfachte behördliche Zulassung und eine starke „Clean-Label“-Positionierung.
Unternehmen, die in industrielle CO₂-Abscheidungssysteme investieren, verbessern nicht nur die technische Leistungsfähigkeit, sondern stärken auch ihre langfristige Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber regulatorischen Anforderungen.
Die meisten Verfahren im industriellen Maßstab dienen der Extraktion, können jedoch auch zur Imprägnierung, Chromatographie, Pulverherstellung oder als Reaktionsgas eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Gewürze und Kräuter, die Entkoffeinierung sowie die Holzimprägnierung – doch es gibt noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten.
Extraktionsanlagen mit überkritischem CO₂ im industriellen Maßstab finden breite Anwendung bei der Entkoffeinierung von Kaffee und Tee, der Hopfengewinnung für die Bierherstellung, der Extraktion von Gewürzen und Pflanzenstoffen, der Herstellung von Omega-reichen Ölen, der Aufbereitung pharmazeutischer Wirkstoffe, der Herstellung kosmetischer Inhaltsstoffe, der Reinigung von Kork sowie der Holzimprägnierung.
Auf den globalen Märkten wächst die Nachfrage nach lösungsmittelfreien Extrakten und natürlichen Inhaltsstoffen weiter an. Die Technologie mit überkritischem CO₂ ermöglicht es den Herstellern, strenge Qualitätsstandards zu erfüllen und gleichzeitig die industrielle Skalierbarkeit sowie die wirtschaftliche Rentabilität zu gewährleisten.
Dies hängt in hohem Maße davon ab, was während des Prozesses im scCO₂ gelöst werden soll. Im Allgemeinen gibt es für viele Produkte ideale Betriebspunkte, während bei anderen die Löslichkeit mit steigendem Druck und steigender Temperatur zunimmt. Bei einigen Produkten kann eine Erhöhung des Drucks daher den Energieverbrauch senken, solange die Reinheit des Extrakts innerhalb der gewünschten Qualitätsvorgaben bleibt. Auch wenn ein höherer Betriebsdruck die Löslichkeit erhöht, sollte dieser zudem in einem Bereich bleiben, in dem industrielle Anlagen verfügbar sind.
Zur Übersicht:
- Bei niedrigen Temperaturen und Drücken von etwa 100–150 bar sind flüchtige Verbindungen bereits löslich
- Bei mittlerem Druck und einer Temperatur von 50 °C sowie 300 bar lassen sich große Mengen an Ölen, Fetten und Wachsen problemlos auflösen
- Bei vielen „vollständigen Pflanzenextrakten“ oder Entfettungsanwendungen werden etwa 500 bar verwendet, da dies einen idealen Kompromiss zwischen Investitionsaufwand und Löslichkeit darstellt.
- Ein Druck von bis zu 1000 bar wird lediglich für einige wenige, sehr wertvolle Produkte wie Astaxanthin eingesetzt
Es gibt einige Einflussfaktoren, die die genaue Extraktionszeit bestimmen (wie beispielsweise Partikelgröße, Anlagengröße, Pumpenleistung, Extraktionsbedingungen usw.), doch in der Regel dauern Extraktionen in mittlerem Maßstab 1–5 Stunden. Bei sehr großem Maßstab und bei voluminösen Produkten wie Rohkaffeebohnen kann die Extraktionszeit auch 14 Stunden oder sogar noch länger betragen.
Wir können Sie während des gesamten Entwicklungsprozesses begleiten – von der ersten Idee über die Produktentwicklung bis hin zur Markteinführung und schließlich zur Realisierung einer vollwertigen Industrieanlage. Diese Arbeit beginnt in unserem Forschungs- und Entwicklungszentrum, wo wir die Materialeigenschaften bewerten und erste Muster herstellen. Diese Muster können anschließend getestet oder potenziellen Kunden vorgestellt werden.
Dank unseres starken Partnernetzwerks können wir auch die Herstellung größerer Materialmengen im Lohnauftrag ermöglichen. So können Sie Ihr Produkt auf den Markt bringen, ohne vorab Kapital in eigene Produktionsanlagen investieren zu müssen.
In der Endphase – und weit darüber hinaus – bieten wir maßgeschneiderte Extraktionsanlagen mit überkritischem CO₂ sowie weitere CO₂-basierte Prozessanlagen an, ergänzt durch Unterstützung bei der Inbetriebnahme, Schulungen und langfristige Optimierungsberatung, um einen zuverlässigen und effizienten Betrieb über die gesamte Lebensdauer der Anlagen hinweg zu gewährleisten.
Natex gilt international als führender Anbieter von großtechnischen industriellen Extraktionsanlagen mit überkritischem CO₂. Wir haben weltweit zahlreiche Anlagen im Tausend-Liter-Maßstab geliefert, darunter Entkoffeinierungsanlagen, Hopfen-Extraktionsanlagen, Gewürz-Extraktionsanlagen, pharmazeutische CO₂-Anlagen, Holzimprägnieranlagen sowie Produktionsanlagen für Spezialzutaten.
Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist der ingenieurtechnisch orientierte Ansatz bei der vollständig maßgeschneiderten Anlagenplanung. Anstelle standardisierter Module wird jedes CO₂-Extraktionssystem individuell auf Produktspezifikationen, Durchsatzanforderungen, Zertifizierungsstandards und Standortbedingungen zugeschnitten. Dies gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und eine optimierte wirtschaftliche Leistung auf den globalen Märkten.
Umfassende Erfahrung mit den Normen PED, ATEX, GMP und den Anforderungen an die hygienische Gestaltung ermöglicht eine reibungslose Projektabwicklung in verschiedenen Rechtsräumen.
Ja, Co-Lösungsmittel können die Polarität des Lösungsmittels verändern und so die Löslichkeit gegenüber polareren Verbindungen verbessern. Dies wird auch im industriellen Maßstab häufig genutzt, z. B. bei der Entkoffeinierung oder zur Extraktion von Phospholipiden aus Meeresprodukten.
Dennoch ist zu berücksichtigen, dass Hilfslösungsmittel im Extrakt und im Ausgangsmaterial verbleiben können. Wird ein brennbares Hilfslösungsmittel wie beispielsweise Ethanol verwendet, muss dies ebenfalls bei der ATEX-Einstufung der Anlagen berücksichtigt werden und kann besondere Anforderungen – und damit zusätzliche Kosten – nach sich ziehen.
Es handelt sich um ein unpolares Lösungsmittel, weshalb es stark polare Substanzen wie Polyphenole, Zucker und Proteine nicht löst. Zudem sollte die Anwendung von den besonderen Eigenschaften und Vorteilen von CO₂ profitieren: Im industriellen Maßstab ist der Einsatz im Vergleich zu herkömmlichen Lösungsmitteln wie Hexan wirtschaftlich nicht rentabel, sofern keine eindeutigen Vorteile vorliegen – wie beispielsweise bei Produkten, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind.
Die Extraktion mit überkritischem CO₂ ist besonders vorteilhaft, wenn Anwendungen eine lösungsmittelfreie Herstellung, hohe Reinheitsstandards, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, den schonenden Umgang mit empfindlichen Verbindungen sowie nachhaltige Herstellungsprozesse erfordern. Sie ist insbesondere für Hersteller von Bedeutung, die Premium-Lebensmittelzutaten, Nutrazeutika, kosmetische Wirkstoffe und pharmazeutische Verbindungen für stark regulierte Märkte produzieren.
Wenn Sie einen Markteintritt, eine Werksmodernisierung, eine GMP-konforme Produktion oder die Ablösung herkömmlicher lösungsmittelbasierter Extraktionsverfahren planen, kann eine frühzeitige Machbarkeitsprüfung das technische, regulatorische und wirtschaftliche Potenzial Ihres Projekts aufzeigen.
Wir laden Sie ein, Ihre Anwendung mit unseren Spezialisten zu besprechen, um zu erörtern, wie die Extraktionstechnologie mit überkritischem CO₂ Ihre Wettbewerbsposition auf den globalen Märkten stärken kann.
