Bioethanol, boblerne. ph.d.-stipendiat Morten Busch Jensen. Institut for Kemi- Bio og Miljøteknologi, Det Tekniske Fakultet, Syddansk Universitet

Transkript

1 Bioethanol, boblerne ph.d.-stipendiat Morten Busch Jensen Institut for Kemi- Bio og Miljøteknologi, Det Tekniske Fakultet, Syddansk Universitet

2 Morten Busch Jensen Morten Busch Jensen 27 år gammel Et kort CV: 1999 Afslutter 9. klasse, Stenlille 2002 Afslutter HTX, Slagelse 2003 Værnepligtig armunitionsrydder, Ingeniørregimentet, Skive 2008 Uddannet civilingeniør i kemi, Odense 2008 Startet på ph.d. i naturlige farvestoffer, Odense

3 Bioethanol - formål Stolt sponsor af:

4 Råvaren til bioethanol er kulhydrater

5 Bioethanol fremstilles af glukose gær H 3 C CH 2 OH Glukose C6H12O6 Ethanol C2H5OH Gær kan omdanne C6-sukre, men ikke C5-sukre. Gær er robust og nem at anvende industrielt. i

6 Råmateriale Indeholder enten: Glucose 1. generations bioethanol Majs, korn, sukkerroer, sukkerrør Cellulose 2. generations bioethanol Hl Halm, træ, husholdningsaffald, hldi ffld papir, restprodukter fra sukkerproduktion Cellulose skal omdannes til glucose, så gær kan omdanne det til ethanol.

7 Råmateriale Nyhed! ks/pages/how%20it%20works.aspx 2006: 1G: Statoil indfører som de første benzin med 5% bioethanol på det danske marked. 2010: 1G: Det bliver lovpligtigt at iblande 5% ethanol i benzinen i alle EU lande (gælder ikke oktan 98) 2010: 2G: Statoil introducerer som de første 2G bioethanol i benzinen på det danske marked. 2G er så ny at der kun findes et par producenter på verdensplan: Inbicon: Den største producent af 2G bioethanol i verden. Statoil køber hele produktionen, men kan indtil videre kun dække 1/3 af behovet. Statoil.dk

8 Halm og cellulose Mikrofibril Cellulose

9 Sammensætning af rapshalm Cellulose 29 % Hemicellulose 18 % Lignin 19 % Aske 2 % Andet 6 %

10 Cellulose til glucose? Vi bruger naturens enzymer: Mikroorganismer kan vha. enzymer omdanne cellulose til glucose. Enzymerne kaldes cellulaser.

11 Cellulaser kan flere ting Celluclast 1,5 L Celluclast 1,5 L Novozym 188

12 Cellulose Celluclast Novozym 188 gær H 3 C CH 2 OH Glukose C6H12O6 Ethanol C2H5OH

13 SHF Separate Hydrolysis & Fermentation Først enzymer, dernæst gær. 1. Enzymer, 50 C C, 85-90% cellulose omdannes 2. Gær, C Ulemper: Inhibering af enzymer og gær Tidskrævende

14 Laboratorieøvelse SSF Simultanous Saccharification & Fermentation Samtidig tilsætning af gær og enzymer. Fordele: Ulemper: Højere produktivitet Ikke optimum temp. for enzymer Mindre inhibering Kort virkningstid for enzymer

15 Bioraffinaderi helhedsorienteret løsning Oil seeds Biodiesel and by-products production Optimised harvest Straw Straw pretreatment Wetoxidation Optimised logistics Pre treatment Enzymatic oil seeds transesterification i - continuous process Fatty acids to Nutraceuticals conversion 1 Glycerol l to monomer for polymers conversion Biodiesel Simultaneous saccharification and fermentation in membrane bioreactor Animal feed 15% to biodiesel production 1 Biogas plant Power and Heat Biohydrogen Conversion to methanol Bioethanol

16 Procesdiagram fra halm til ethanol 1. 28/ : Demonstrationsforsøg 2. 4/ : Introduktion til biobrændstoffer Forbehandling af halm (oplukning) 1. 11/ : Opstart af enzymbehandling/fermentering 2. 18/ : Analyse af alkoholindholdet 3. 25/ : Destillation af fermentationsblanding / afslutning

17 4/11 Oplukning af halm A. Grovdeling af rapshalm I kompostkværn Rapshalmen hakkes groft således at det nemt kan fødes til rivemøllen B. Findeling af rapshalm på rivemølle Rivemøllen kan udstyres med rivejern af forskellige hulstørrelse. Jo, mindre huller jo finere rives halmen, men jo længere tid tager proceduren også. Fordelen ved at rive halmen fint er at enzymerne får nemmere adgang til substratet i halmen. C. Dampeksplosion i ovn Det fint revne halm blandes med vand, så tørstofindholdet ender på 50 w/w (vandindholdet i halmen ikke medregnet). Herefter placeres blandingen i en rustfristålbeholder med indbygget termometer og opvarmes i en ovn indtil kernetemperaturen er 200 ⁰C. Stålbomben kan indeholde ca. 300 g halm/vand-blanding. Ovnen efterlades med stålbeholderen ld til kernetemperaturen t har nået stuetemperatur. t t Dette punkt er vigtigt da vands damptryk ved 200 ⁰C overstiger 15 bar. Den oplukkede rapshalm gemmes i køleskab indtil blanding med enzymer og gær i næste uge.

18 11/11 Opstart af enzymbehandling/fermentering A. Forflydning Oplukket rapshalm afvejes I forhold til ønsket tørstof indhold blandes med vand i et 1 liters måleglas. B. Tilsætning af enzymer og gær Afmål Celluclast med plastikpipette og tilsæt; 7,5 FPU Celluclast pr. g tørstof. Afmål på samme vis Novozym 188 svarende til halvdelen af Celluclast-mængden. Afmål 25 g gær og tilsæt det smuldrende. C. Forflydning Tilfør magnet og bland massen i 1 time. Fra start udtages min. 10 ml prøve til HPLC-analyse som placeres i køleskab. C. Igangsætning af fermentering (efter 1 time) Der udtages prøve fra hvert glas til HPLC-analyse som placeres i køleskab. Overfør hver blanding til en 500 ml konisk kolbe. Sæt et gærrør i en prop og sæt proppen godt fast på kolben. Hver kolbe placeres på pladen til nedsænkning i forindstillet rystevandbad eller på magnetomrører. Gærrørene fyldes med vand til stregen. Fermenteringen forsætter under omrøring indtil næste uge hvor vi vil kigge mere på HPLC-analysen af alkoholindholdet

19 18/11 Analyse af alkoholindholdet Mobil fase Pmpe Pumpe Automatisk prøvetagning Kolonne m/termostat Detektor

20 18/11 Analyse af alkoholindholdet Prøve Dtkt Detektor Mobil fase Kolonne

21 25/11 Destillation af fermentationsblanding Termometer (Ethanols kogepunkt er 78,4 C)C Kondensering ved vandkøling Rektifikation Fermentationsblanding Destillat (ethanol)