Presentatie 3 - Henk Doddema: BioNND

PHA productie uit Organische reststromen.
BIONND
‘THE FUTURE’
8 mei 2014
Henk Doddema
Meer dan 300 soorten bacteriën kunnen
PHA’s maken en opslaan in hun cellen
Rhodomonas sp.
Halomonas sp.
Alcaligenes (nu Ralstonia) sp.
PHA korrels
Glycogeen
(4)hydroxybutyryl eenheden in PHB
(opgeslagen in de cellen)
(opgeslagen in de cellen)
(4) HS-CoA
(1) Glycosyleenheid
In glycogeen [C6]
(4)hydroxybutyryl-CoA [C4]
(4) NAD+
aeroob
(4) NADH + (4) H+
(2) NAD+
(2) ADP + (2) Pi
(4) Acetoacetyl-CoA [C4]
(2) ATP
(2) NAD+
(2) NADH + (2) H+
(2) NADH + (2) H+
(2) Pyruvaat [C3]
(4) HS-CoA
(8) Acetyl-CoA [C2]
(2) HS-CoA
(6) Pi + (6) ADP
(2) CO2
GROEI [8C]
(6) HS-CoA
(6) ATP
(6) Acetaat [C2] (in de cellen)
PP(n)
anaeroob
PP(n-6)
Polyfosfaat (in de cellen)
(6) Pi (in het medium)
(6) Acetaat [C2] (in het medium)
Lactaat
Acetaat
Propionaat
Hydroxymethylvaleraat
Pyruvaat
Acetyl-CoA
Propionyl-CoA
Hydroxymethylvaleryl-CoA
Glucose
Vetten
Butyraat
Hydroxybutyryl-CoA
PHB
Hydroxyvaleryl-CoA
Valeraat
PHV
Acetaat is niet de enige bron van koolstof
voor de vorming van PHB/PHV
De meeste PHA wordt nog geproduceerd
Door reinculturen van hoog-productieve bacteriën
Onder axenische omstandigheden in gesteriliseerde containers
Met gezuiverde (en gesteriliseerde) substraten
In RVS en/of glazen containers (gemakkelijk te steriliseren)
Door extractie met organische oplosmiddelen
Met terugwinning van de organische oplosmiddelen
Ten koste van veel energie (sterilisatie en extractie)
Met als gevolg: een hoge kostprijs van de PHA (circa € 8,- per kg)
Uiteindelijke
celgewicht:
50 – 200 g/L
Substraat:
Sucrose
Glucose
Vetzuren
PHA gehalte: 50 – 80 % van celgewicht
Opbrengst: 25 – 160 g
PHA/L
Prijs van PHA: € 8,-/kg
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
(Poot)aardappelloof
suikerbietenbladeren
Primaire organische reststromen uit de landbouw
Berm-, Natuur-, Weide-gras
Koolzaadschroot
Reststromen uit de
(glas)tuinbouw
Tomaten
Aubergines
‘Doorgedraaide’
vruchten
Paprikas
Organische reststromen in plaats van zuivere substraten
Beschikbaarheid in Noord Nederland in ton versgewicht/jaar
(voorlopige inventarisatie door CBS en BioClear 2014)
Suikerbietenblad
(Poot)aardappelloof
Bermgras
RWZI slib
Papierslib
Teeltresten (uien,kool,bloemen, etc.)
Koolzaadschroot
960.000
487.000
154.000
187.000
104.000
35.000
28.000
Bruikbaarheid
Ligninegehalte (verhouting)
Ongewenste verontreiniging
fysische (stenen, aarde)
chemische (zware metalen, pesticiden, toxinen)
biologische (giftige planten, dierlijke mest, etc.)
Prijs
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
Gebruik van suikerbietenbladeren
Bieten waarvan de bladeren
zijn geoogst
Oogstmachine voor bladeren
(ProLeaf project in 2012)
Inkuilen van verse suikerbietenbladeren
voor de productie van organische zuren(‘t
Kompas’ Valthermond)
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
Papier
Karton
Reststromen uit de Agro-Industrie
Zetmeel
Suiker
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
PHA’s uit (R)WZI
Aeroob (lage PHA)
Beluchting
Anaeroob (hoge PHA)
Primaire organische stof uit land- en tuinbouw
Secundaire organische stof uit agro-industrie
Hydrolysatie van organische stof (verzuring)
Vaste fractie
Vloeibare fractie
Uitpersen
Wassen
Groei van PHA bacteriën
Vezels
Ophoping van PHA
Extractie van PHA
Zuivering van PHA
Bioraffinage
(R)WZI
1,5 liter fermentor met vers perssap als substraat
Regiem: 6 uren aeroob (groei), 6 uren anaeroob (accumulatie)
Extractie/scheidingsmethoden
Mechanische
Chemische
Biologische
Malen
Hoge druk
Centrifugeren
Membranen
Hypochloriet
Sterke zuren
Sterke basen
Detergentia
Organische oplosmiddelen
Enzymen
GMO’s (autolysis)
PHA na extractie uit bacteriële cellen
Twee-fasen extractie systeem. De PHA vormt een witte drijvende laag tussen de twee
vloeibare fases. Rechts: vergroot. Dit is de hoeveelheid verkregen uit 100 ml culture.
PHA gehaltes in culturen op leksap
van ingekuilde suikerbietenbladeren
• PHA gehalte in % van het celgewicht (meerdere
experimenten)
56 %
60 %
60 %
60 %
67 %
52 %*
* Geoogst na de aerobe fase.
(Gehaltes van 90 % zijn haalbaar)
Criteria voor een betere extractie:
1.Effectief (meer dan 90% opbrengst)
2.Onschadelijk voor het polymeer
3.Milieuvriendelijk
4.Goedkoop
DANK U
BIONND
‘THE FUTURE’