ibus-projektet fra halm til bioethanol og kraftvarme anne belinda thomsen anders thygesen
Post on 08-Jan-2016
44 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Dialogue, equality and trust are keywords in our relations with our employees and all our collaboration partners www.risoe.dk
Seminar: Bioenergi og fremtidens jordbrugHvad er mulighederne?
Dansk Landbrugsrådgivning 23. august 2006
IBUS-ProjektetFra halm til bioethanol og kraftvarme
Anne Belinda Thomsen Anders Thygesen
Mette Hedegaard Thomsen
RISØ National Laboratory,Roskilde, DK
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Korn og halm: råvarer til bioethanol
Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Fermentering
Hydrolyse
bioethanol
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Forskellige lignocelluloseholdige råvarer
• Hvede-, byg-, rug- halm
• Majs halm
• Sukkerørs-halm (bagasse)
• Ris halm og risskaller
• Træ (e.g. træsflis og pil)
• Roeaffald
• Græs
• Husholdningsaffald
• Haveaffald
• Dybstrøelse
5.7 mill. tonsFra 1.65 mill. ha(62% of area)
Halm produktion in DK
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Halm til bioethanol
ForbehandlingTryk og temp.
Hemicellulose
Lignin
Cellulose
Distillation
Enzymer gær
Enzymer
C5
Mikroorganismer?
Fermentering
Hydrolyse
EthanolC6
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
EU-project: Co-production Biofuel (IBUS)
Partnere:
Elsam A/S
KVL
TMO Biotech
Forskningscenter Risø
Formål: Samproduktion af elektricitet og bioethanol
Milepæl: Konstruktion og aftestning af pilot reaktor til forbehandling af 1000 kg halm pr time
Motivation:
Fra 2000 skal danske kraftværker anvende 1.2 million tons biomass om året – hovedsagelig halm til kraft/ varme
Pga. et højt kaliumindhold er halm ikke velegnet til forbrænding.
EU-projekt: 2003-2006
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Co-production Biofuel (IBUS)
Råmaterialer:
•Halm•Husholdningsaff
ald•Andet (korn)
1. trin: Pilotskala reaktor med en kapacitet på 100 1. trin: Pilotskala reaktor med en kapacitet på 100 kg/hkg/h
Forbehandlingsenhed placeret på et kraftværk: Forbehandlingsenhed placeret på et kraftværk: Fynsværket i Odense Denmark. Fynsværket i Odense Denmark.
Designet til:
•høj koncentration af tørstof (over 50 %)
• store partikler (e.g. halm længere end 5 cm lange),
•temperatur op til 230°C :
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
IBUS 1000 kg/h anlæg
195-200ºC
90-100% cellulose convertibilitet
50% hemicellulose recovery180ºC + 195ºC
90-100% cellulose convertibilitet
83% hemicellulose recovery
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
IBUS 1000 kg/h anlæg
Halmsnitter: mindre energikrævende end
hammermølle
Halm-udmadning fra reaktor 3
Forbehandlings udstyr
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
C-5 udnyttelse (til ethanol); C5 udgør 25-35% af råvaren
Inhibitorer:• eddikesyre
fra acetyl grupper i hemicellulose
• FuranerSukkernedbrydningsprodukter
• PhenolerLigninnedbrydningsproducts
CH3COOH
O OCOOH
OCHO
OCHO
HOCH2
OH CHO
CH3O
OCH3
CH3O
Flygtige forbindelser kan afdampes – ellers kræves en detoxifikation
CHO
HO
OCH3
Problemer ved fermentering af ethanol fra halm
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Recovery (udbytte) af cellulose og hemicellulose ved varierende vandflow i forbehandlingen
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600 700
Water flow into Reactor 3 [l/h]
Su
gar
rec
ove
ry [
%]
Glucose Hemicellulose sugars
Linear (Hemicellulose sugars) Linear (Glucose)
Recovery af cellulose er tæt på 100% ved forbehandlingen eftersom det er stabilt ved den anvendte temperatur.
Recovery af hemicellulose er 30-40% ved lavt vandflow men stiger til 60-80% ved højt vandflow eftersom nedbrydningen af de monomere C5-sukre til furaner er lavere.
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
SSF Experiments with no added chemicals
0
20
40
60
80
100
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (h)
EtO
H Y
ield
(%
of t
heo
retic
al)
195-hydrolysate 195-buffer200-hydrolysate 200-bufferRaw-buffer
SSF med bagegær (Baker’s yeast)
SSF: 13% DM, 20 FPU/g DM (Cellubrix), buffer eller hydrolysate fra hvert experiment som medium.
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Forflydning af fiberfraktion ved højt tørstof
Tørstof concentration: 25 and 40% DM
Hydrolysator med 5 kamre
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
3-trinsforbehandling – ethanol fermentering.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216
T (hours)
Ce
llulo
se
co
nv
ers
ion
(%
)
25% DM - 400 kg
25% DM - 11m3
11 m3 reaktorindledende test
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Bioethanol fra halm
0
50
100
150
200
18
0ºC
, 15
min
, hig
hw
ate
rflow
18
0ºC
, 15
min
, low
wa
terflo
w
Eth
an
ol p
rod
uct
ion
[kg
/ton
str
aw
]
From enzymatic convertible and extractable cellulose, theoryFrom enzymatic convertible and extractable hemicellulose, theorySSF of pretreated solid fraction with baker's yeast
Baseret på enzymatisk hydrolyse og fermentering:
90-110 kg ethanol kan produceres fra cellulosen 1 ton halm.
40 kg ethanol kan produceres fra hemicellulosen i 1 ton halm når der bruges højt vandflow.
Ved fermentering med gær kunne der produceres 130 kg ethanol fra 1 ton halm.
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Konklusion
• Det lykkedes at lave et kontinuerligt anlæg til forbehandling af halm.
• Højt tørstofindhold kunne tilsættes ved fermenteringen pga. forflydning ved enzymatisk hydrolyse.
• Op til 100% af halmens celluloseindhold kunne fermenteres til ethanol (=130 kg ethanol/ton halm).
• Der mangler fortsat mikroorganismer til at fermentere C5-sukrene fra hemicellulose fraktionen.
• Kaliumindholdet kunne fjernes fra halmen (op til 95%) ved forbehandlingen.
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Acknowledgement
Steen Erik Jensen, Henrik Hauggaard-NielsenRisø National Laboratory, Frederiksborgvej 399, 4000 Roskilde, Denmark
Charles Nielsen, Frank Iversen, Jan LarsenElsam A/S, Overgade 45, 7000 Fredericia, DenmarkElsam Engineering A/S, Kraftværksvej 53, 7000 Fredericia, Denmark Børge Holm ChristensenSicco K/S, Odinshoejvej 116, 3140 Aalsgaarde, Denmark Claus Felby, Henning Jørgensen The Royal Veterinary and Agricultural University (RVAU), Hoejbakkegaard Allé 1,2630 Taastrup, Denmark
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
SSF med hvedekerner
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30
Tid (h)
Eth
an
ol
(g/1
00
g t
ørs
tof)
Kærner
Kærner+filtrat afhydrothermaltbehandlede kærner
Ethanoludbyttet fra rå hvedekærner var 350 kg per ton.
Hydrolysatet produceret ved hydrothermal behandling af kærnerne kunne også fermenteres til ethanol.
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
Bagegær: fermentering af sukre fra halm
• Robust mikroorganisme – høj inhibitor og ethanol tolerance
• Anvendes til fremstilling af drikke-ethanol (beer, vine, distilled alcohol), brændstof-ethanol, industriel ethanol, mm.
• Mest anvendte industrielle microorganisme i verden.• I 1990 var produktionen af gær over 82.000 tons
Ulemper: Kan ikke omsætte C5 sukre til ethanol
Bioenergi i fremtidens landbrug, Landscenteret 23. august 2006
•TMO’s wild-type thermophile bakterie:• C6 sukre, fruktose, glukose, sukrose, maltose,
mannose• C5 sukre, xylose, arabinose• Oligomers, cellobiose, stivelse
•Hurtig vækst vd 60ºC•Ethanol tolerance ~ 5,5%
Fordele: SSF ved samme optimale temperaturer som for enzymer
Enkel afstripning af ethanol ved CO2
Ulempe: Lav inhibitor tolerance
Thermophilic bacteria (Bacillus)til fermentering af sukre fra halm
top related