Kan biomasse av kløver, luserne og raigras erstatte soya? Knud Erik Bach Knudsen Professor Department of Animal Science knuderik.bachknudsen@anis.au.dk
Punkter Baggrund Udfordringerne mht til proteinforsyning Potentielle muligheder Præsentation af BioBase Præsentation af Grøn Protein platformen Baggrund og organisering Resultater Fra laboratorie til pilotskala Muligheder og udfordringer Sammendrag og perspektiver
Baggrund Behovet for kvalitetsprotein for dyr og mennesker er stigende
Baggrund Behovet for kvalitetsprotein for dyr og mennesker er stigende
Baggrund - Soja Sojabønner (som skrå) er den væsentligste proteinkilde i husdyrproduktionen 80 pct. af alle sojabønner bruges til dyrefoder Produktion (2012): 270 mill tons 93 % kommer fra seks lande: Barsilien, USA, Argentina, Kina, Indien og Paraguay Danmark importere 1.7 mill tons årligt i foder til husdyr Danmark importerer i arealmæssig sammenhæng hvad der kan dyrkes på Sjælland
Baggrund - De negative sider ved dyrkning af soja Omdannelse af meget store arealer med skov, græs og savanna til landbrugsland Tab af naturlig lokale ecosystemer Sojabønner er en intensivt dyrket afgrøde der har et højt behov for en række resourcer (energi, vand, plantebeskyttelse, jordbund) Etiske spørgsmål (GMO, Beskæftigelsesforhold, menneskelige rettigheder) Danmark er 100% afhængig af import
Baggrund - Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af udvalgte afgrøder under danske forhold Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Methionin kg/ha Vitamin E g/ha Soja 2 35 700 43 9 30 Raps 5 20 1000 60 20 75 Ært 6 22 1300 92 13 50 Hvede 9 11 1000 30 16 90 Kløvergræs 13 12 1500 120 52 600 Rødkløver 12 21 2600 200 90 600 Enggræs 3 12 350 25 12 100
Baggrund opgør med den traditionelle måde at tænke fodring på Traditionelt fodrer vi grise og fjerkræ med importeret protein fra soja eller raps og energi fra korn Vitaminer og mineraler
Baggrund tænk nu hvis? Vi i stedet for at dyrke formålsbestemte afgrøder begyndte at tænker i udvikling af tekniske og konkurrencedygtige fraktioneringsmetoder - Bioraffinering - der kan sikre en optimal udbytte af alle værdistoffer
AARHUS Omstilling af korn og frøproduktion til grøn biomasse
Grøn biomasse til højværdi Fødevareproduktion Energiproduktion Specialkemikalier
BioBase: grøn teknologiplatform til bioraffinering Aarhus Universitet/Det nationale center for fødevarer og jordbrug har etableret en grøn teknologiplatform til bioraffinering. Det er hensigten, at platformen skal fungere som ramme for udvikling af højværdiprodukter til erstatning af foder og kemikalier såvel som drivmidler gennem højteknologiske processer. Den samlede budgetramme er 50 mio. DKK men det forventes, at tilstødende projekter over tid vil bringe den samlede indsats op til mindst 100 mio. DKK. Platformene har stærke bånd til en national satsning indenfor bioøkonomi BioValue med deltagelse af Københavns Universitet, Danmarks Tekniske Universitet, Aalborg Universitet og Aarhus Universitet.
BioBase: grøn teknologiplatform til bioraffinering BioBase satsningen består af følgende platforme: 1. Dyrkning af grøn biomasse (ca. 7 mio. kr) 2. Biomasse fra engarealer (ca. 6 mio. kr) 3. Højkvalitetsprotein Grøn protein (16.9 mio. kr). 4. Hydorthermal liquifaction (HTL) (ca. 12.5 mio. kr) 5. Øko-øko (ca. 7 mio. kr)
Green Protein FEED Laboratory platform Technology platform for extraction Coordination FOOD Protein chemistry and stability Structure and bioactivity Evaluation of sidestreams Bioavailability and nutritional evaluation animals and humans Secondary metabolites
Hvorfor grøn biomasse?
Rela%v Solindstråling 70 % af solenergien 30 % af solenergien 20 16 12 8 4 0
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Raps 5 Rødkløver 12 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Raps 5 20 Rødkløver 12 21 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Raps 5 20 1000 Rødkløver 12 21 2600 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Raps 5 20 1000 60 Rødkløver 12 21 2600 200 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Methionin kg/ha Raps 5 20 1000 60 20 Rødkløver 12 21 2600 200 90 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Methionin kg/ha Vitamin E g/ha Raps 5 20 1000 60 20 75 Rødkløver 12 21 2600 200 90 600 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Methionin kg/ha Vitamin E g/ha Raps 5 20 1000 60 20 75 Rødkløver 12 21 2600 200 90 600 Forskel 7 1600 140 70 525 S. K. Jensen (2013)
Protein-, aminosyre- og vitamin E udbytte af raps og rødkløver Udby%e ton/ha Protein % Protein kg/ha Lysin kg/ha Methionin kg/ha Vitamin E g/ha Raps 5 20 1000 60 20 75 Rødkløver 12 21 2600 200 90 600 Forskel 7 1600 140 70 525 På 200.000 ha 1,4 mill. 320 mill. 28 mill. 14 mill. 105 mill. S. K. Jensen (2013)
Proteinbehov i husdyrproduktionen Årlig forbrug: Produktion i DK: 1,7 mill ton Import: 1 mill ton 2,7 mill ton ren protein
Proteinproduktion fra grønmasse Scenarie: Rødkløver på 400.000 ha Udbytte: 11.000 kg TS/ha 2500 kg protein 4,4 mill tons tørstof 1 mill t protein
Bioraffinering af grøn biomasse repræsentere således et stort potentiale men rummer også en række udfordringer Hvad er status på nuværende tidspunkt? Officielt startet medio 2013; reelt primo 2014 Lab skala ekstraktion og forsøg med laboratoriedyr
Formål Undersøge ekstraktion og genfinding af protein fra lokalt dyrket grøn biomasse Analyse af genfundet protein Aminosyre indhold Aminosyre fordeling Mest velegnede afgrøde Mest velegnet metode for genfinding
Materialer Hvidkløver, rødkløver, lucerne og rajgræs I ekstraktionen har der været målt Udbytte Indhold af tørstof Indhold af protein og aminosyrer samt andre indholdsstoffer
Flowskema Råmateriale Skruepresse Pulp Juice Varme udfældning 60 C Grøn protein Juice Rest Juice ph udfældning 3.0 10.0 Protein fraktion Varme udfældning 80 C Hvid protein Supernatant Supernatant
Lab processing
Resultater Aminosyre Protein Jensen (2014).
Laboratorieforsøg med hvidkløver Råvare Pulp 100 kg TS Neddeling og separation 60 kg TS 27 kg protein 16 kg protein Saft med proteiner 40 kg TS 11 kg protein Proteinudvinding Saftrest 18 kg TS 2 kg protein Protein koncentrat 22 kg TS 9 kg protein Jensen (2014).
Aminosyresammensætning (g/100 gram protein) af udfældet grøn protein fra de undersøgte planter WHO anbefaling Soja protein Hvid kløver Rød kløver Lucerne Rajgræs Lysin 4.5 5.6-6.1 6.1 6.1 6.4 5.9 Methionin 1.6 1.1 1.9 1.7 1.8 2.1 Cystein 0.6 1.2-2.0 0.7 0.9 1.0 0.9 Threonin 2.3 3.7-3.8 5.2 5.0 4.9 5.2 Tryptofan 0.6 1.4-1.6 2.1 2.8 2.7 2.0 Jensen (2014).
Biologisk evaluering Vi er på nuværende tidspunkt i færd med at gennemføre biologisk evaluering (fordøjelighed og biologisk værdi) af de de udvundne proteinfraktioner fra hvidkløver, rødkløver, lucerne og rajgræs for at få afdækket proteinets kvalitet I forhold til enmavede dyr (og mennesker). Resultaterne fra disse forsøg forventes færdig inden udgangen af 2014.
Fra laboratorie- til pilotskala ekstraktion Et vigtigt element i Grøn protein platformen er etableringen af et pilotanlæg til ekstraktion af protein fra grøn biomasse Anlægget vil blive etableret i løbet af vinteren 2014/15 og anlægget forventes at stå færdig til ibrugtagning til vækstsæson 2015 Designet af anlægget vil blive baseret på de erfaringer der er opnået ved ekstraktion i laboratorieskala, input fra industrielle partnere og leverandører, samt pilotanlæg i Holland (GRASSA)
Etablering af pilotanlæg til fraktionering Green biomass Maceration, pressing & separation Remaining juice: - biogas - nutrient recy cling Solid fraction Stream 1 Stream 2 Liguid fraction (juice) Stream 3 End-user: Oligosaccharides - Monogastric (if free for ANF) Fibre-associated proteins End-user: - Dairy cow s and Sow s Soluble proteins (juice) End-user: - Monogastric (if free for ANF) - Ruminants (if stable in rumen)
Eksempel på mobilt anlæg designet til cellulosepulp og protein Grassa (2014): http://grassa.nl
Muligheder og udfordringer Logistik, høst, sæson Protein udbytte, stabilitet Raffinering Eliminering af potentielt negative komponenter Produkter: Foder, Fødevarer, Kemikalier, Pharma Produktion på marken Dyrkningssystemer, arter, genetik, etc.
Udpluk af projekter relateret til bioøkonomi i Danmark Bio refinery: Energy + feed + materials Other high value components Oil Dyes Flavourings Aromatics Drug components Other compounds BioValue BioValue Harvest Storage Transport Bio refinery C 6 C 5 Syngas Fibre Lignin Chemicals Materials Fuel/energy BioBase Dyrkning Soil improvement Fertilizer Leftovers Food Feed (protein) Leftovers MultiPlant Reactor Biogas Syngas BioBase - HTL BioBase Grøn protein
Sammendrag og perspektiver Grøn biomasse rummer et potentiale for fremstilling af højkvalitetsprotein til foder og fødevarer Laboratorieforsøg indikerer, at der kan ekstraheres protein med en god aminosyrebalance biologiske forsøg er igangsat Pilotskalaekstraktion vil yderligere afdække de praktiske udfordringer og muliggøre biologisk evaluering af proteinet på grise og sidestrømme på drøvtyggere De langsigtede perspektiver er dyrkning af en større andel højkvalitetsprotein til foder og fødevarer lokalt, samt produktion af specialprodukter
AARHUS Tak for Jeres opmærksomhed
Tak for Jeres opmærksomhed Nøglepersoner at kontakte: Søren Krogh Jensen (sorenkrogh.jensen@anis.au.dk) Anders Peter Adamsen (apsa@eng.au.dk) Trine Kastrup Dalsgaard (trine.dalsgaard@food.au.dk) Martin Riis Weisbjerg (martin.weisbjerg@anis.au.dk) Helle Nygaard Lærke (hellen.laerke@anis.au.dk) og Jan Værum Nørgaard (janvnoergaard@anis.au.dk)