Dialogue, equality and trust are keywords in our relations with our employees and all our collaboration partners www.risoe.dk Seminar: Bioenergi og fremtidens jordbrug Hvad er mulighederne? Dansk Landbrugsrådgivning 23. august 2006 IBUS-Projektet Fra halm til bioethanol og kraftvarme Anne Belinda Thomsen Anders Thygesen Mette Hedegaard Thomsen RISØ National Laboratory, Roskilde, DK
19
Embed
IBUS-Projektet Fra halm til bioethanol og kraftvarme Anne Belinda Thomsen Anders Thygesen
Seminar: Bioenergi og fremtidens jordbrug Hvad er mulighederne? Dansk Landbrugsrådgivning 23. august 2006. IBUS-Projektet Fra halm til bioethanol og kraftvarme Anne Belinda Thomsen Anders Thygesen Mette Hedegaard Thomsen RISØ National Laboratory, Roskilde, DK. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
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: 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