Überkritische CO₂-Botanikölextraktion — Filtrationsanforderungen

Die überkritische CO₂-Extraktion hat die Herstellung botanischer Öle revolutioniert — sie liefert lösungsmittelfreie, lebensmittelgerechte Extrakte mit unübertroffener Reinheit. Doch das Verfahren stellt extreme Anforderungen an die Filtration: hohe Drücke, chemisch aggressives CO₂ und die Notwendigkeit absoluter Sauberkeit in jedem Gramm Produkt. Die Wahl des falschen Filtergehäuses oder -elements kann zu verunreinigtem Extrakt, ungeplanten Stillständen oder einem fehlgeschlagenen Regulierungsaudit führen.

Dieser Leitfaden behandelt die Filtrationsanforderungen in jeder Phase eines überkritischen CO₂-Botanikextraktionssystems — von der Einsatzgaskonditionierung bis zur Nachscheider-Polierung — und erläutert, welche R+F Prozessgas-Filtergehäuse und -elemente für die jeweilige Aufgabe geeignet sind.

Das überkritische CO₂-Phasenfenster

Kohlendioxid erreicht seinen überkritischen Zustand oberhalb von 31,1 °C und 73,8 bar. In dieser Phase verhält es sich gleichzeitig wie ein flüssiges Lösungsmittel und ein Gas — es diffundiert schnell durch Pflanzenmaterial und löst dabei Zielverbindungen wie ätherische Öle, Cannabinoide und Wachse. Durch Anpassung von Druck und Temperatur innerhalb des überkritischen Bereichs führen Betreiber eine fraktionierte Extraktion durch: sequenzielle Trennung von Ölen, Wachsen und pflanzlichen Destillaten bei unterschiedlichen Betriebspunkten.

Typische Betriebsdrücke reichen von 100 bar für die Standard-Ölextraktion bis zu 200 bar für hochertragreiche Wachs- und Harzfraktionen. Dies schließt Standard-Druckluftfiltergehäuse, die auf 17 bar ausgelegt sind, sofort aus. Der gesamte Filtrationsstrang muss für den vollen Systemdruck ausgelegt sein.

Wo Filtration erforderlich ist

Ein überkritischer CO₂-Extraktionskreislauf hat drei unterschiedliche Filtrationsaufgaben:

• Einsatzgaskonditionierung — Entfernung von Partikeln und Ölaerosolen aus der CO₂-Versorgung, bevor diese in die Pumpe und den Extraktionsbehälter gelangt
• Rezirkulationsschutz — Schutz der Hochdruckpumpe und der Wärmetauscher vor im Kreislauf erzeugten Partikeln
• Nachscheider-Polierung — Entfernung feiner Wachspartikel und CO₂-Aerosole aus dem abgetrennten Extraktstrom vor der Sammlung

Anforderungen an Filtergehäuse für überkritisches CO₂

Die Gehäusespezifikation für den überkritischen CO₂-Betrieb ist in mehreren Punkten nicht verhandelbar:

Werkstoff: 316L Edelstahl

CO₂ unter hohem Druck und hoher Temperatur ist leicht korrosiv, insbesondere in Gegenwart von Spurenfeuchtigkeit (Bildung von Kohlensäure). Aluminiumgehäuse — Standard für Druckluft — sind nicht geeignet. Alle medienberührten Teile müssen aus 316L Edelstahl bestehen, der ausreichende Korrosionsbeständigkeit bietet und die lebensmittelgerechten Konstruktionsanforderungen gemäß EU-Verordnung 1935/2004 und FDA 21 CFR erfüllt.

Druckauslegung

Einsatzgaskonditionierungsfilter müssen mindestens auf den maximalen Systemdruck ausgelegt sein. Bei den meisten botanischen Extraktionssystemen bedeutet dies einen Mindestdruck von 100 bar, wobei hochertragreiche Systeme 150–200 bar erfordern. Das RF-H-150 Prozessgas-Filtergehäuse von R+F FilterElements ist auf 100 bar in 316L Edelstahl ausgelegt — geeignet für Standard-Extraktionsdrücke. Für höhere Druckanforderungen bis 250 bar bietet das RF-H-160 den erforderlichen Druckbereich.

Dichtungswerkstoffe: PTFE und FKM/Viton

Standard-NBR-Dichtungen sind nicht mit überkritischem CO₂ kompatibel — CO₂ verursacht schnelles Quellen und Degradation von Nitrilkautschuk. Die richtigen Dichtungsoptionen sind:

• PTFE — chemisch inert, FDA-zugelassen, bis 260 °C beständig; die bevorzugte Wahl für lebensmittelgerechten CO₂-Betrieb
• FKM/Viton — bis 200 °C beständig, ausgezeichnete CO₂-Beständigkeit, geeignet wo PTFE mechanisch nicht praktikabel ist

Auswahl der richtigen Filterelemente

Die Elementauswahl hängt vom Betriebspunkt innerhalb des Extraktionskreislaufs ab. Das R+F FilterElements-Sortiment deckt alle drei Filtrationsaufgaben ab:

Einsatzgas-Koaleszenz: RF-C-Serie

CO₂ aus Großtanks oder Zylindern kann Kompressoröl-Aerosole und Feinpartikel enthalten. RF-C-Koaleszenzelemente — aus Borosilikat-Glasmikrofaser — erreichen 99,99% Effizienz bei ≥ 0,1 µm und entfernen Ölaerosole auf unter 0,01 mg/m³. Dies schützt die Hochdruckpumpendichtungen und verhindert Ölkontamination des Extrakts. Für lebensmittelgerechte Anwendungen folgt auf die Koaleszenzstufe ein RF-DIL Inline-Partikelfilter zur Endpolierung.

Rezirkulationspartikel: RF-P-Serie

RF-P-Partikelelemente (99,99% Effizienz ≥ 0,3 µm) schützen Wärmetauscher und die Rezirkulationspumpe vor Feinpartikeln, die durch den Abbau von Pflanzenmaterial und Dichtungsverschleiß entstehen. Diese werden typischerweise stromabwärts des Extraktionsbehälter-Abscheiders installiert.

Nachscheider-Polierung

Nach dem Primärabscheider enthält der CO₂-Strom feine Wachströpfchen und botanische Feinstoffe. Ein Koaleszenzelement in der Nachscheider-Position erfasst diese, bevor das CO₂ rückgepumpt wird, verhindert die Ansammlung im Rezirkulationskreislauf und schützt die Produktreinheit.

Filtergehäuse-Vergleich für CO₂-Extraktionsaufgaben