PHA productie uit Organische reststromen. BIONND THE FUTURE. 8 mei 2014 Henk Doddema

Transcriptie

1 PHA productie uit Organische reststromen. BIONND THE FUTURE 8 mei 2014 Henk Doddema

2 Meer dan 300 soorten bacteriën kunnen PHA s maken en opslaan in hun cellen Rhodomonas sp. Halomonas sp. Alcaligenes (nu Ralstonia) sp. PHA korrels

3 Glycogeen (opgeslagen in de cellen) (4)hydroxybutyryl eenheden in PHB (opgeslagen in de cellen) (4) HS-CoA (1) Glycosyleenheid (4)hydroxybutyryl-CoA [C4] In glycogeen [C6] (4) NAD + (4) NADH + (4) H + aeroob (2) ADP + (2) Pi (2) NAD + (4) Acetoacetyl-CoA [C4] (2) ATP (2) NADH + (2) H + (4) HS-CoA (2) NAD + (2) NADH + (2) H+ (2) Pyruvaat [C3] (8) Acetyl-CoA [C2] GROEI [8C] (2) HS-CoA (2) CO 2 (6) HS-CoA (6) Pi + (6) ADP (6) ATP PP(n) PP(n-6) Polyfosfaat (in de cellen) (6) Acetaat [C2] (in de cellen) (6) Pi (in het medium) (6) Acetaat [C2] (in het medium) anaeroob

4 Lactaat Acetaat Propionaat Hydroxymethylvaleraat Pyruvaat Acetyl-CoA Propionyl-CoA Hydroxymethylvaleryl-CoA Glucose Vetten Butyraat Hydroxybutyryl-CoA Hydroxyvaleryl-CoA Valeraat PHB PHV Acetaat is niet de enige bron van koolstof voor de vorming van PHB/PHV

5 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)

6 Uiteindelijke celgewicht: g/l Substraat: Sucrose Glucose Vetzuren PHA gehalte: % van celgewicht Opbrengst: g PHA/L Prijs van PHA: 8,-/kg

7 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

8 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

9 (Poot)aardappelloof suikerbietenbladeren Primaire organische reststromen uit de landbouw Berm-, Natuur-, Weide-gras Koolzaadschroot

10 Reststromen uit de (glas)tuinbouw Tomaten Aubergines Doorgedraaide vruchten Paprikas

11 Organische reststromen in plaats van zuivere substraten Prijs Beschikbaarheid in Noord Nederland in ton versgewicht/jaar (voorlopige inventarisatie door CBS en BioClear 2014) Bruikbaarheid Suikerbietenblad (Poot)aardappelloof Bermgras RWZI slib Papierslib Teeltresten (uien,kool,bloemen, etc.) Koolzaadschroot Ligninegehalte (verhouting) Ongewenste verontreiniging fysische (stenen, aarde) chemische (zware metalen, pesticiden, toxinen) biologische (giftige planten, dierlijke mest, etc.)

12 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

13 Gebruik van suikerbietenbladeren Bieten waarvan de bladeren zijn geoogst Oogstmachine voor bladeren (ProLeaf project in 2012)

14 Inkuilen van verse suikerbietenbladeren voor de productie van organische zuren( t Kompas Valthermond)

15 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

16 Papier Karton Reststromen uit de Agro-Industrie Zetmeel Suiker

17 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

18 PHA s uit (R)WZI Beluchting Aeroob (lage PHA) Anaeroob (hoge PHA)

19 Primaire organische stof uit land- en tuinbouw Secundaire organische stof uit agro-industrie Bioraffinage (R)WZI Hydrolysatie van organische stof (verzuring) Vaste fractie Vloeibare fractie Uitpersen Wassen Vezels Groei van PHA bacteriën Ophoping van PHA Extractie van PHA Zuivering van PHA

20 1,5 liter fermentor met vers perssap als substraat Regiem: 6 uren aeroob (groei), 6 uren anaeroob (accumulatie)

21 Extractie/scheidingsmethoden Mechanische Chemische Biologische Malen Hoge druk Centrifugeren Membranen Hypochloriet Sterke zuren Sterke basen Detergentia Organische oplosmiddelen Enzymen GMO s (autolysis)

22 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.

23 PHA gehaltes in culturen op leksap van ingekuilde suikerbietenbladeren PHA gehalte in % van het celgewicht (meerdere experimenten) 56 % 60 % 60 % 60 % 67 % (Gehaltes van 90 % zijn haalbaar) 52 %* * Geoogst na de aerobe fase.

24 Criteria voor een betere extractie: 1.Effectief (meer dan 90% opbrengst) 2.Onschadelijk voor het polymeer 3.Milieuvriendelijk 4.Goedkoop

25 BIONND THE FUTURE DANK U