Het TNO verhaal

ONTSLUITEN VAN
LIGNOCELLULOSE MET
OVERVERHITTE STOOM
Johan van Groenestijn
Bijeenkomst Decentrale Bioraffinage; 18 september 2015, Den Bosch
LIGNOCELLULOSEHOUDENDE
BIOMASSA
Veel grondstoffen voor de biobased economy bevatten lignocellulose
Gras, stro, bagasse, hout, kokosvezel.
Moeilijk toegankelijk voor katalysatoren (o.a. enzymen)
Ontsluiten helpt
Hoge temperatuur, lage pH, hoge pH, stoomexplosie, oxidatoren, schimmels.
2
18 september 2015
3
18 september 2015
ONTSLUITEN MET OVERVERHITTE
STOOM
SHS: superheated steam
Stoom met een temperatuur hoger dan het dauwpunt (droge stoom)
1-15 minuten doorleiden door stapel biomassa in reactor
160 - 195°C
Daarna toegankelijk voor enzymen
Ontwerp voor praktijk:
4
18 september 2015
HUIDIGE BATCH REACTOR TNO LAB
5
18 september 2015
STRO VOOR (LINKS) EN NA
ONTSLUITING
6
(RECHTS)
SHS
18 september 2015
“en” routes
“of” routes
Ontsluiten van gras en stro; lopende projecten bij TNO
Fermentatie
Karton
Chem. omzetting
SHS
Enzym.
hydrolyse
Sugar crude
Groene chemie
Modificatie
Biomassa
Bitumen
Lignine
Biogas
7
Veevoer
Groene stroom / warmte
18 september 2015
BELANGRIJK VOOR
ONTSLUITINGSPROCESSEN
Hoge toegankelijkheid van (hemi)cellulose (> 90%) voor enzymen na
de ontsluiting  hoge suiker opbrengst
Lage productie van schadelijke bijproducten (inhibitoren)
Hoog droge stof gehalte van biomassa
Lage energiekosten
Gebruik van relatief weinig chemicaliën
Lage investeringskosten
Interessante opties:
Hemicellulose al omgezet in suikers (monosaccharide)
8
18 september 2015
PROCES SHS ONTSLUITEN VAN
BIOMASSA
BIOMASSA (lignocellulose)
(Verkleinen)
Impregneren met zuur
Korte behandeling (min.) met oververhitte stoom (120-190 °C)
Enzymatische hydrolyse
Scheiden
SUGAR CRUDE (C5/C6) + LIGNINE
9
18 september 2015
Goede warmteverdeling  hoge effectiviteit
Continue stroom van oververhitte stoom
Super heated steam = droog & onverzadigd  biomassa droogt!
Warmteoverdracht door convectie, niet condensatie
Goede warmteverdeling  geen ‘undercooking’, geen ‘overcooking’
10
18 september 2015
LAAG ENERGIEVERBRUIK DOOR
HOGE DROGE STOF GEHALTEN
Hoge droge stof gehalten behandeld (>30% DS)
 weinig water verwarmen
11
18 september 2015
HOGE OPBRENGST C5-SUIKERS
Hemicellulose al gehydrolyseerd (ontsloten) tijdens stoombehandeling
 maar één type enzym nodig tijdens vervolgstap (cellulases)
Monomeric sugars and degradation products after pretreatment
Component
Glucose
Xylose
HMF
Furfural
Acetic acid
12
Yield (mg g-1 DM)
Yield (%)
13.0
162.6
0.1
0.6
8.3
3.8
93.4
18 september 2015
HOGE OPBRENGST C6-SUIKERS
Temp. (°C)
oververhitte
stoom
(bij 159 °C
dauwpunt)
Tarwestro geïmpregneerd met verdund zwavelzuur (20-24% d.s.), verhit met 5,5-6,0 bara SHS
13
18 september 2015
PROJECT TKI VERGISTING 2.0
Lignocellulose
biomassa
Greenstep: on-site
enzymproductie
voorbehandeling #1
Super Heated Steam
•Hemicellulose hydrolyse (C5 suikers)
•Cellulose wordt toegankelijk
(voorbehandeling
#2)
Enzymen
Biogas
Anaerobe
vergisting
•Conversie naar biogas
•Optionele boost met enzymen
5-15minuten
>10 dagen
14
18 september 2015
Methaan (m3 / ton OS)
RESULTATEN NATUURGRAS
15
18 september 2015
Regionale productie van nationale
‘commodity’ (2e generatie suiker)
SHS industriële reactor
Fermentatiefabriek
16
18 september 2015