Procesoptimalisatie voor de productie van tweede generatie biobrandstoffen uit papier

Maat: px
Weergave met pagina beginnen:

Download "Procesoptimalisatie voor de productie van tweede generatie biobrandstoffen uit papier"

Transcriptie

1 Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar Procesoptimalisatie voor de productie van tweede generatie biobrandstoffen uit papier Anke Van Gils Promotor: Dr. ir. Ingeborg Stals Tutor: Dieter Depuydt & Brecht Vanlerberghe Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: biochemie

2

3 Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar Procesoptimalisatie voor de productie van tweede generatie biobrandstoffen uit papier Anke Van Gils Promotor: Dr. ir. Ingeborg Stals Tutor: Dieter Depuydt & Brecht Vanlerberghe Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: biochemie

4 AUTEURSRECHT De auteur en de promotor geven de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie. 6 juni 2014 Promotor Dr. ir. Ingeborg Stals Auteur Anke Van Gils

5 WOORD VOORAF Deze thesis is het resultaat van mijn stage op de Bio Base Europe Pilot Plant. Een deel van het werk werd eveneens uitgevoerd op campus Schoonmeersen van de Universiteit Gent in het laboratorium voor Biomassa en Milieutechnologie. De realisatie van de masterproef zou niet mogelijk geweest zijn zonder de hulp, de steun en de tijd van vele mensen. Via deze weg zou ik deze personen willen bedanken. Een eerste woord van dank gaat uit naar mijn promotor Ingeborg Stals voor de kans om dit thesiswerk aan te vangen. Onder de begeleiding van mijn tutor Dieter Depuydt heb ik het voorbije jaar veel zaken bijgeleerd. Ik wil hem daarom graag bedanken voor zijn tijd, zijn inzet en de leerrijke ervaringen. Ook de andere medewerkers van de Bio Base Europe Pilot Plant verdienen een bedanking. Ze stonden steeds klaar met een extra paar handen voor het zware werk. Jeroen De Mey verdient eveneens een uitgebreide bedanking voor de hulp in het labo op campus Schoonmeersen. Mijn medestagiairs Ilse Vanhoutte en Mathijs Heynderickx zorgden mee voor een aangename sfeer in het laboratorium. Verder wens ik ook mijn familie en vrienden te bedanken voor hun steun de voorbije jaren. Tenslotte gaat mijn oprechte dank uit naar mijn ouders omdat ze mij de kans gaven deze extra opleiding te volgen. Anke Van Gils 6 juni 2014

6 ABSTRACT Een mix van papier en karton werd onderzocht als een potentiële grondstof voor de productie van tweede generatie bioethanol. Door middel van een enzymatisch proces worden cellulose en hemicellulose geconverteerd tot fermenteerbare suikers. Vervolgens kunnen deze door een micro-organisme, bv. Saccharomyces cerevisiae, gefermenteerd worden tot ethanol. In een eerste luik werd er op zoek gegaan naar de beste voorbehandelingsmethode op processchaal. Bovendien werd het effect van een surfactant op de enzymatische hydrolyse onderzocht. Een volgende stap hield in dat bij hoge drogestofgehaltes de digesteerbaarheid van het voorbehandelde papier bekeken werd. Uiteindelijk werd zowel op labo- als processchaal een semisimultane saccharificatie en fermentatie toegepast voor de productie van ethanol. Kernwoorden: papier, enzymatische hydrolyse, semi-simultane saccharificatie en fermentatie, tweede generatie bioethanol, procesoptimalisatie, A mixture of paper and cardboard were tested as a potential feed stock for the production of second generation biofuels. An enzymatic process converts cellulose and hemicellulose into fermentable sugars. After saccharification the sugars can be fermented to ethanol by a microorganism like Saccharomyces cerevisiae. A first step in the research was the determination of the best pretreatment method on a process scale. In addition, the effect of a surfactant on the enzymatic hydrolysis was tested. A next step involved the observation of the digestibility of the pretreated paper a high dry matter content. Ultimately, both on a laboratory and process scale process a semi-simultaneous saccharification and fermentation was used for the production of ethanol. Key words: paper, enzymatic hydrolysis, semi-simultaneous saccharification and fermentation, second generation bioethanol, process optimisation

7 1 Inhoudstafel 1 Inhoudstafel Lijst met afkortingen Lijst met figuren Lijst met tabellen Inleiding Literatuurstudie Biobrandstoffen Eerste generatie Tweede generatie Lignocelluloserijke biomassa Celwand Cellulose Hemicellulose Lignine Situatie Vlaanderen/België/Europa Biomassa in Vlaanderen en België Papier in België en Europa Technologie tweede generatie Suikerplatform Voorbehandeling lignocelluloserijke biomassa Papier Productieproces Verpulping Enzymatische hydrolyse Fermentatie Strategieën voor hydrolyse en fermentatie Proces bij hoge drogestofgehalte Materialen en methoden Processchaal Reagentia en materialen

8 7.1.2 Procesapparatuur Laboratoriumapparatuur Productie papierstromen Semi-simultane saccharificatie en fermentatie Laboratoriumschaal Reagentia en materialen Compositionele analyse papier Enzymatische hydrolyse Semi-simultane saccharificatie en fermentatie Resultaten en bespreking Massabalansen productie papierstromen Papier CM-DC Papier CM-FZ-DC Papier CM-ZZ-DC Papier DC Papier SP Papier CM-SP Compositionele analyses Enzymatische hydrolyses bij lage drogestofgehaltes Effect Tween Effect colloïdmolen Effect zure voorbehandeling Vergelijking van decantercentrifuge en schroefpers Enzymatische hydrolyses bij hoge drogestofgehaltes Hydrolyse papier CM-FZ-DC Laboschaal hydrolyse papier CM-FZ-DC voor enzymdosage Laboschaal hydrolyse papier SP Semi-simultane saccharificaties Laboschaal S-SSF papier SP Processchaal S-SSF papier SP Processchaal S-SSF papier CM-SP Conclusie S-SSF Algemeen besluit Literatuurlijst

9 11 Bijlagen

10 2 Lijst met afkortingen ABTS 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonzuur) CM Getande colloïdmolen DC Decantercentrifuge ds Droge stof GOD-POD Glucoseoxidase-peroxidase GRAS Generally Recognized As Safe FPU Filter Paper Unit FZ Fosforzuur HMF Hydroxymethylfurfural SP Schroefpers SSF Simultane Saccharificatie en Fermentatie S-SSF Semi-simultane Saccharificatie en Fermentatie ZZ Zwavelzuur 4

11 3 Lijst met figuren Figuur 1 Partners VISIONS-project... 9 Figuur 2 a) Bioethanol in de wereld (Walker 2010) b) Bioethanolproductie in Europa (Walker 2011) Figuur 3 Ethanolproductie uit zetmeelrijke maïs: 1) wastank; 2) maalmachine; 3) Vervloeiingsreactor; 4) SSF-reactor; 5) ethanol-absorptietank; 6) destillatiekolom; 7) rectificatiekolom; 8) moleculaire zeven; 9) 1 ste evaporatie; 10) centrifuge; 11) 2 de evaporatie; 12) droger. Aangepast uit Quintero, Montoya et al. (2008) Figuur 4 Biomassa bruikbaar voor de productie van tweede generatie biobrandstof. Figuur aangepast uit Tan, Lee et al. (2008) Figuur 5 Massa glucose geproduceerd bij drie verschillende behandelingen van onoplosbaar hydrolyseresidu (initieel 15%ds): de blauwe kolommen stellen de glucose voor die geproduceerd werd tijdens de eerste 72 uren, de rode kolommen vertegenwoordigen de glucose geproduceerd na resuspensie van het onoplosbare residu in buffer, buffer en enzym of buffer, enzym en vers substraat. Aangepast uit (Weiss, Borjesson et al. 2013) Figuur 6 Waardevolle producten uit lignine met nieuwe en huidige technologieën. Aangepast uit Holladay, Bozell et al. (2007) Figuur 7 Opbouw plantaardige celwand a) primaire celwand cellulosemicrofibrillen, hemicellulose, pectine, lignine en oplosbare proteïnen. b) cellulose-synthase enzymen in de vorm van rosettecomplexen. c) lignificatie in de S1-, S2- en S3-laag van de celwand. Aangepast uit Sticklen (2008) Figuur 8 De structuur van cellulose met inter- en intramoleculaire waterstofbruggen. Aangepast uit Festucci- Buselli, Otoni et al. (2007) Figuur 9 Structuur van xyloglucaan (Scheller and Ulvskov 2010) Figuur 10 Bouwstenen van lignine. Aangepast uit Vanholme, Demedts et al. (2010) Figuur 11 Papiercyclus in Vlaanderen Figuur 12 Papier-en kartonproductie in België. Aangepast uit Cobelpa (2013) Figuur 13 Export en import van oud papier in België. Aangepast uit Cobelpa (2013) Figuur 14 Percentage papier dat gerecycleerd wordt door de verschillende wereldregio's. Aangepast uit ERPC (2012) Figuur 15 Voorbehandeling van lignocelluloserijke biomassa. Aangepast uit Buruiana, Garrote et al. (2013) Figuur 16 Productie van papier uit hout en gerecycleerd papier (CEPI 2013) Figuur 17 Redoxreacties in aanwezigheid van AQ bij verpulping. Aangepast uitdimmel (1996) Figuur 18 Single-disc refiner met één stationaire en één bewegende schijf (Sixta 2006) Figuur 19 Enzymcocktail voor de enzymatische degradatie van cellulose: cellobiohydrolases (CBH), endoglucanases (EG) en β-glucosidases (βg). Aangepast uit (Soliman, El-Zawahry et al. 2013) Figuur 20 Inhibitie van cellulase: (a) algemene reacties: 1&2, (b) glucose-inhibitie: 3&4, (c) cellobiose-inhibitie: 5, (d) substraatinhibitie: 6&7. Aangepast uit Andric, Meyer et al. (2010) Figuur 21 Inhibitie van cellulasen door as. Aangepast uit Chen, Venditti et al. (2012) Figuur 22 Anaërobe fermentatie van glucose tot ethanol. Aangepast uit Lodish, Kaiser et al. (2013) Figuur 23 Producten en inhibitoren die vrijkomen bij de voorbehandeling en enzymatische hydrolyse van lignocellulose. Aangepast uit Palmqvist and Hahn-Hagerdal (2000) Figuur 24 Limitaties van het proces bij hoge drogestofgehaltes Figuur 25 Omzetting van cellulose ( ) en hemicellulose ( ) op basis van de hoeveelheid cellulose en hemicellulose oorspronkelijk aanwezig. Aangepast uit Jørgensen, Vibe-Pedersen et al. (2007) Figuur 26 Tuimelreactor met 5 kamers. (Jorgensen, Vibe-Pedersen et al. 2007; Jørgensen, Vibe-Pedersen et al. 2007) Figuur 27 Structuur van Tween

12 Figuur 28: Pulper reactor Figuur 29 Colloïdmolen Figuur 30: Diagram jetcooker Figuur 31: Geroerde tanks Figuur 32: Decantercentrifuge Figuur 33 Schroefpers Figuur 34 Links: paddle mixer. Rechts: roerwerk paddle mixer Figuur 35 Productieproces papier CM-DC, CM-FZ-DC en CM-ZZ-DC Figuur 36 Productieproces papier DC Figuur 37 Productieproces papier SP Figuur 38 Productieproces papier CM-SP Figuur 39: Reactie GOD-POD Figuur 40 Dubbelwandige reactoren Figuur 41 Massabalans productieproces papier CM-DC Figuur 42 Massabalans productieproces papier CM-FZ-DC Figuur 43 Massabalans productieproces papier CM-ZZ-DC Figuur 44 Massabalans productieproces papier DC Figuur 45 Massabalans productieproces papier SP Figuur 46 Massabalans productieproces papier CM-SP Figuur 47 Compositionele analyses van de verschillende papierstromen Figuur 48 Enzymdosagecurve voor het effect Tween 80 bij 2% ds Figuur 49 Microscopie vezels voor effect colloïdmolen. Links: staal Pulp. Rechts: staal Pulp CM Figuur 50 Digesteerbaarheid bij 7,5% ds voor effect colloïdmolen Figuur 51 Digesteerbaarheid bij 10% ds voor effect zure voorbehandeling Figuur 52 Digesteerbaarheid bij 2% ds voor effect zure voorbehandeling Figuur 53 Enzymdosagecurve bij 2% ds voor de vergelijking van decantercentrifuge en schroefpers Figuur 54 Papiervlokken bekomen bij respectievelijk ontwatering met decantercentrigue en schroefpers Figuur 55 Totale hoeveelheid glucose hogedrogestofproef papier CM-FZ-DC Figuur 56 Digesteerbaarheid hogedrogestofproef papier CM-FZ-DC Figuur 57 Saccharificatie ifv de tijd voor de enzymdosering Figuur 58 Totale hoeveelheid glucose hogedrogestofproef papier SP Figuur 59 Digesteerbaarheid hogedrogestofproef papier SP Figuur 60 Glucose-, xylose- en ethanolconcentraties bekomen bij S-SSF van papier SP Figuur 61 Glucose-, xylose- en ethanolconcentraties bekomen bij de S-SSF van papier SP op processchaal Figuur 62 Glucose-, xylose-, ethanol- en glycerolconcentraties bekomen bij de S-SSF op processchaal van papier CM-SP

13 4 Lijst met tabellen Tabel 1 Vergelijking van de input en output van energie tussen gewassen van de eerste en tweede generatie. Aangepast uit (Tan, Lee et al. 2008) Tabel 2 Vergelijking petroleum, 1ste generatie en 2de generatie biobrandstoffen. Op basis van figuur uit Naik, Goud et al. (2010) Tabel 3 Samenstelling lignocelluloserijke biomassa. Aangepast uit Buruiana, Garrote et al. (2013) Tabel 4 Tien belangrijkste nevenstromen in Vlaanderen. Aangepast uit (Elst, Geyskens et al. 2013) Tabel 5 Componenten die vrijkomen bij enzymatische hydrolyse en hun verdere verwerking Tabel 6 Technische specificaties pulper reactor Tabel 7 Technische specificaties getande colloïdmolen Tabel 8 Technische specificaties jetcooker Tabel 9 Technische specificaties geroerde tanks Tabel 10 Technische specificaties decantercentrifuge Tabel 11 Technische specificaties schroefpers Tabel 12 Technische specificaties Wolff Paddle mixer Tabel 13 Technische specificaties ph-meter Tabel 14: Afkortingscodes papierstromen Tabel 15: Degradatieverliezen Tabel 16: Samenstelling SRS-stockoplossing Tabel 17: Dissociatieconstante van sommige frequente monosacchariden in water bij 25 C Tabel 18: Temperatuursprogramma moffeloven voor bepaling lignine en as Tabel 19 Proefopzet hogedrogestofproef papier CM-FZ-SP Tabel 20 Proefopzet hogedrofstofproef voor enzymdosering papier CM-FZ-DC Tabel 21 Proefopzet hogedrogestofdrogestof papier SP Tabel 22 Proefopzet S-SSF laboschaal papier SP Tabel 26 Xyloserendement S-SSF op laboschaal met papier SP Tabel 27 Massabalans S-SSF op laboschaal met papier SP Tabel 29 Xyloserendement S-SSF op processchaal met papier SP Tabel 30 Massabalans van de S-SSF op processchaal met papier SP Tabel 32 Xyloserendement S-SSF op processchaal met papier CM-SP Tabel 33 Massabalans S-SSF op processchaal van papier CM-SP Tabel 34 Digesteerbaarheid bij 2% ds bij verschillende enzymdosages voor effect Tween Tabel 35 Digesteerbaarheid bij 7,5% ds voor effect colloïdmolen Tabel 36 Digesteerbaarheid bij 10% ds voor effect zure voorbehandeling Tabel 37 Digesteerbaarheid bij 2% ds voor effect zure voorbehandeling Tabel 38 Digesteerbaarheid bij 2% ds voor de vergelijking van decantercentrigue en schroefpers Tabel 39 Glucosemetingen hogedrogestofproef papier CM-FZ-DC Tabel 40 Enzymdosering bij hogedrogestofproeven (papier CM-FZ-DC) Tabel 41 Totale hoeveelheid glucose en digesteerbaarheid voor hogedrogestofproef papier SP Tabel 42 Meetwaarden voor glucose, xylose en ethanol in de S-SSF op laboschaal met papier SP Tabel 43 Meetwaarden voor glucose, xylose en ethanol voor de S-SSF op processchaal met papier SP Tabel 44 Meetwaarden bekomen voor glucose, xylose, ethanol en glycerol bij de S-SSF op processchaal van papier CM-SP

14 5 Inleiding De wereld is voorlopig nog sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen, maar voor de toekomst zullen de prijzen enkel sterk stijgen. (Capros, Mantzos et al. 2010). Bovendien liggen de fossiele reserves geconcentreerd in een beperkt aantal landen. In een aantal van deze landen heerst een politiek ongunstig klimaat waardoor de garantie op levering van brandstoffen onzeker is (Singh and Singh 2012). De uitputting van de wereldvoorraden is een bijkomend probleem. Shafiee and Topal (2009) voorspellen dat er nog genoeg olie, kolen en gas is voor respectievelijk ongeveer 35, 107 en 37 jaar. Er rijzen ook steeds meer vragen bij de uitstoot van broeikasgassen bij het verbruik van fossiele brandstoffen. Deze broeikasgassen zijn verantwoordelijk voor de opwarming van de aarde. Eveneens komen bij de verbranding van fossiele brandstoffen zwavel- en stikstofoxides vrij die kunnen neerslaan op de bodem onder de vorm van zure regen (Barbir, Veziroǧlu et al. 1990). Biobrandstoffen kunnen een oplossing bieden voor een aantal van deze problemen. Zo is biomassa overal ter wereld beschikbaar zodat niet langer een handvol landen een monopolie heeft op de brandstofmarkt. Biomassa is hernieuwbaar in tegenstelling tot fossiele brandstoffen (Tan, Lee et al. 2008). De biomassa neemt tijdens zijn leven koolstof op uit het milieu waardoor de netto uitstoot van CO 2 een stuk beperkter is bij de verbranding van biobrandstoffen. Als de biobrandstoffen op een goede manier geproduceerd worden en de aanwezigheid van stikstof kan beperkt worden, dan is een reductie in zure regenvorming mogelijk (Biofuel.org.uk 2010). De productie van eerste generatie biobrandstoffen wordt wereldwijd reeds succesvol uitgevoerd. Deze eerste generatie heeft echter ook enkele nadelen waarvan de belangrijkste de grote controverse rond het food versus fuel -debat is. Tegenstanders halen het feit dat voedingsstoffen gebruikt worden voor de productie van brandstoffen graag aan om de productie ervan stop te zetten. De tweede generatie biobrandstoffen uit agriculturele en industriële reststromen kunnen dit debat stilleggen, maar de technologie staat nog niet op punt om deze vaak ligninerijke biomassa om te kunnen zetten in waardevolle biobrandstoffen. In dit thesisonderzoek wordt de productie van tweede generatie bioethanol onderzocht. Het gekozen substraat is papier en karton omdat ze een uitstekende grondstof zouden kunnen vormen voor de productie van tweede generatie biobrandstoffen. Ze vereisen een minder extreme voorbehandeling dan andere biomassa omdat tijdens het papierproductieproces al een thermochemische voorbehandeling uitgevoerd werd. Dit kan zorgen voor een reductie in productiekosten. Bovendien is papier- en kartonafval in Vlaanderen de grootste organischbiologische nevenstroom en was er in 2012 een netto-export van ton (Elst, Geyskens et al. 2013). Coberec, de Confederatie van de Belgische Recuperatie, meldt dat de prijs van 8

15 oud papier onder druk staat door een dalende afname door China. Door de dalende prijs en export kan het papier binnen Vlaanderen ingezet worden als grondstof voor bioethanol (Het Belang Van Limburg 2014). Het gevoerde thesisonderzoek kadert binnen het VISIONS Project. Dit project is een CINBIOS-initiatief met een duur van 4 jaar uitgevoerd door de partners vermeld in Figuur 1 (FlandersBio 2010). Figuur 1 Partners VISIONS-project Het project heeft als doel de hoogwaardige valorisatie van organische nevenstromen uit diverse sectoren. Er zijn in het project drie luiken te onderscheiden: Inventarisatieluik Er wordt een databank van organische nevenstromen en technologische expertises opgesteld die beschikbaar zijn in Vlaanderen. Technologieontwikkelingsluik In dit luik wordt de verdere ontwikkeling van tweede generatie technologieën voor de transformatie van (afval)oliën en vetten en lignocelluloserijke nevenstromen naar basisgrondstoffen voor verschillend sectoren uitgewerkt. Implementatieluik Dit luik omvat economische, logistieke en duurzaamheidanalyses die gepaard gaan met verspreidingsactiviteiten die een reële valorisatie in Vlaanderen mogelijk moet maken. Er werden zes werkpakketten opgesteld die één of meer van deze luiken bevatten en uitgevoerd worden door één of meer van bovenstaande partners. Op de Bio Base Europe Pilot Plant en Universiteit Gent wordt gewerkt aan het technologieontwikkelingsluik. 9

16 6 Literatuurstudie 6.1 Biobrandstoffen Biobrandstoffen zijn brandstoffen die geproduceerd worden uit hernieuwbaar biologisch materiaal. Bioethanol is de grootste vertegenwoordiger van de biobrandstoffen en wordt geproduceerd in een microbieel fermentatieproces als de molecule ethylalcohol. De grootste bioethanolproducenten wereldwijd (Figuur 2) zijn de Verenigde Staten en Brazilië. Daar zijn de belangrijkste gewassen voor productie respectievelijk maïs en suikerriet. In Europa is er ook een stijgende productie. Voornamelijk landen zoals Frankrijk, Duitsland en Spanje nemen een leiderspositie in (Figuur 2). Ze maken bioethanol hoofdzakelijk op basis van tarwe en maïs. Er wordt verwacht dat de bioethanolproductie tegen 2017 wereldwijd 125 miljard liter zal bedragen (Walker 2010; Walker 2011). Figuur 2 a) Bioethanol in de wereld (Walker 2010) b) Bioethanolproductie in Europa (Walker 2011) Biodiesel is een andere biobrandstof, die geproduceerd wordt uit plantaardige oliën. Deze oliën moeten een transesterificatieproces ondergaan om biodiesel te verkrijgen. Er bestaan nog biobrandstoffen zoals biogas, biobutanol en biowaterstof. Deze drie laatste biobrandstoffen worden net zoals bioethanol bekomen door een microbieel proces (Agarwal 2007) Eerste generatie De eerste generatie biobrandstoffen wordt gemaakt uit gewassen zoals maïs, raapzaad, sojabonen, tarwe en suikerriet. De ontwikkeling kreeg een grote stimulans door de stijgende 10

17 prijzen van fossiele brandstoffen zoals petroleum. In de Verenigde Staten was er een extra impuls door de U.S. Energy Independence and Security Act die tegen 2022 een productie van 36 miljard gallons of 136 miljard liter aan biobrandstoffen voorziet (Martin 2010). De grootste kritiek op deze gewassen als bron voor biobrandstoffen is het feit dat deze ook gebruikt kunnen worden als voeding voor de bevolking. De vrees bestaat dat bij een toenemende vraag naar bioethanol en biodiesel ook de wereldvoedselprijs zal stijgen. Bovendien is er voor het verbouwen van deze gewassen een groeiende nood aan landbouwoppervlakte. Hiervoor wordt steeds meer regenwoud ontbost met een daling van de de biodiversiteit en de opwarming van de aarde tot gevolg (Naik, Goud et al. 2010). Figuur 3 Ethanolproductie uit zetmeelrijke maïs: 1) wastank; 2) maalmachine; 3) Vervloeiingsreactor; 4) SSF-reactor; 5) ethanol-absorptietank; 6) destillatiekolom; 7) rectificatiekolom; 8) moleculaire zeven; 9) 1 ste evaporatie; 10) centrifuge; 11) 2 de evaporatie; 12) droger. Aangepast uit Quintero, Montoya et al. (2008) Op Figuur 3 is het proces voor de productie van ethanol uit zetmeelrijke maïs voorgesteld. Eerst wordt de maïs gewassen en vermalen (1&2). In de vervloeiingsreactor (3) bevindt zich een thermostabiel bacterieel α-amylase. Dit enzym zet het zetmeel om in zetmeeloligomeren, dextrines genoemd. De volgende stap in het proces is simultane saccharificatie en fermentatie (SSF) (4). Hier worden de dextrines omgezet in glucose door glucoamylase. Die glucose wordt onmiddellijk in dezelfde reactor omgezet in ethanol door de gist Saccharomyces cerevisiae. De fermentatiegassen worden naar een absorptiekolom (5) gevoerd waarbij de vluchtige ethanol afgescheiden wordt en naar de eerste destillatiekolom gestuurd wordt (6). Hier komt ook de fermentatiecultuur toe voor een eerste concentratie van het gevormde ethanol tot 63%. In een tweede kolom, de rectificatiekolom (7), vindt een tweede 11

18 concentratiestap plaats tot 95,6%. Met behulp van moleculaire zeven (8) vindt een ontwatering van de ethanol plaats. Het resterende medium en cultuur uit de eerste destillatiekolom (6) wordt geëvaporeerd (9) en de vaste stoffen worden gescheiden via een centrifugatiestap (10). De overblijvende vloeistof of thin stillage wordt nogmaals geëvaporeerd (11) waardoor een siroop verkregen wordt. Deze siroop wordt samen met de afgescheiden vaste stoffen gedroogd (12) voor de productie van DDGS. Distiller s Dried Grains and Solubles of DDGS zijn een bijproduct van de ethanolproductie, maar ook van de traditionele brouwprocessen van bier en whisky. Het wordt gebruikt als veevoeders omdat het erg rijk is aan proteïnen en vitaminen en het draagt bij aan de economische haalbaarheid van het proces (Quintero, Montoya et al. 2008; Martin 2010; Walker 2011) Tweede generatie Biobrandstoffen van de tweede generatie worden geproduceerd uit lignocelluloserijke biomassa. Er kunnen 3 categorieën van lignocelluloserijke biomassa voor tweede generatie biobrandstof onderscheiden worden (Figuur 4). Houtafval Bosresidues Hout en stro uit pulpen papierindustrie Biomassa Landbouwgewassen Restanten van olie- en graangewassen (vb. maïsstro) Meerjarige grassen en short rotation crops (SRC) Secundair afval Stedelijk afval (MSW) Afval uit voedingsindustrie Figuur 4 Biomassa bruikbaar voor de productie van tweede generatie biobrandstof. Figuur aangepast uit Tan, Lee et al. (2008) Voordelen In Tabel 1 worden verschillende gewassen die gebruikt worden voor eerste en tweede generatie biobrandstoffen vergeleken op basis van energie-input en -output. Met energie-input wordt de energie nodig voor het planten, de meststoffen en de consumptie van fossiele brandstof tijdens de productie bedoeld. Met de energie-output wordt de energie bedoeld die vrijkomt als het gebruikt wordt als brandstof. Er is duidelijk te zien dat de output/input ratio bij de tweede generatiegewassen zoals miscanthus en wilg tot 8 keer groter is dan die van de 12

19 gewassen van de eerste generatie zoals tarwe en raapzaad. Er kan dus besloten worden dat de tweede generatie biobrandstoffen op het vlak van energie efficiënter zijn dan de biobrandstoffen van de eerste generatie (Tan, Lee et al. 2008). Tabel 1 Vergelijking van de input en output van energie tussen gewassen van de eerste en tweede generatie. Aangepast uit (Tan, Lee et al. 2008) Gewas Energie-input (MJ/ha) Energie-output (MJ/ha) Output/input ratio Miscanthus ,5 Wilg ,0 Tarwe ,8 Raapzaadolie ,8 Bovendien bieden de gewassen van de tweede generatie biobrandstoffen nog andere voordelen. Een eerste voordeel van deze gewassen en residuen is dat ze goedkoper zijn en er grote hoeveelheden van beschikbaar zijn. In sommige gevallen zijn de grondstoffen ook nevenstromen of afvalstromen uit andere industrieën. De gewassen hebben eveneens het potentieel om verbouwd te worden op marginale landbouwgrond die niet geschikt is voor voedingsgewassen. Hierdoor is er geen sprake van concurrentie met de voedselmarkt. Op die minderwaardige grond zou zelfs een hoge oogstopbrengst mogelijk zijn (Tan, Lee et al. 2008; Sims, Mabee et al. 2010). De netto-uitstoot van broeikasgassen bij de tweede generatie biobrandstoffen is laag in vergelijking met aardoliën. Dit is te verklaren door het feit dat de biomassa tijdens de groei CO 2 fixeert (Walker 2010) Toekomstperspectieven en uitdagingen De biobrandstoffen van de tweede generatie vertonen veel voordelen in vergelijking met biobrandstoffen van de eerste generatie en de fossiele brandstoffen (Tabel 2 Tabel 2). Er zijn echter nog grote uitdagingen om de productie economisch interessant te maken (Jørgensen, Kristensen et al. 2007; Hayes 2013). Door de aanwezigheid van lignine tussen de cellulose- en hemicellulosevezels zijn deze immers minder goed toegankelijk voor enzymen. Tevens vindt er niet-productieve adsorptie van de enzymen aan de lignine plaats bij enzymatische hydrolyses. Een voorbehandeling is nodig is om de cellulose beschikbaar te maken voor hydrolyse, maar brengt extra kosten en afvalstromen met zich mee. (Jørgensen, Kristensen et al. 2007; Zeng, Zhao et al. 2014) Er moet ook rekening gehouden worden met de mogelijke inhibitoren voor de hydrolyse en/of fermentatie die gevormd worden tijdens de voorbehandeling. De inhibitoren kunnen verwijderd worden met allerhande technieken, maar ook dit zorgt natuurlijk voor extra kosten. Een andere mogelijkheid is de ontwikkeling van micro-organismen die tolerant zijn voor de inhibitoren. 13

20 Tabel 2 Vergelijking petroleum, 1ste generatie en 2de generatie biobrandstoffen. Op basis van figuur uit Naik, Goud et al. (2010) Petroleum 1 ste generatie 2 de generatie Grondstofs Ruwe petroleum Plantenoliën en maïssuiker, etc Goedkoop, veel voorkomend plantaardig biomassa-afval Producten CNG, LPG, diesel, benzine en kerosine FAME of biodiesel, maïsethanol, suikerethanol Hydrotreating oil, Bio-olie, lignocellulose-ethanol, butanol en gemengde alcoholen Problemen Uitputting/vermindering petroleumreserve Milieuvervuiling Gelimiteerde grondstof (food vs fuel) Menging met Geavanceerde technologie in ontwikkeling: kostenreductie nodig Economische en ecologische problemen conventionele brandstof nodig Voordelen / Milieuvriendelijk Economisch Niet in competitie met voeding Milieuvriendelijk In het geval van enzymatische hydrolyse is het aankopen of produceren van enzymen een grote kost. Er zijn 40 tot 100 keer meer enzymen nodig voor de hydrolyse van cellulose dan voor de hydrolyse van zetmeel. Er moet gestreefd worden naar een maximaal rendement bij een minimale enzymdosering. De kosten kunnen gereduceerd worden door een efficiëntere enzymproductie, een verhoging van de specifieke activiteit van de enzymen, een juiste voorbehandeling waarbij lignine verwijderd wordt of door recyclage van de enzymen. Dit laatste kan bijvoorbeeld bewerkstelligd worden door de onoplosbare vaste stoffen na een enzymatische hydrolyse af te scheiden en toe te voegen aan vers substraat. In Figuur 5 wordt het effect van recycling voorgesteld. Zelfs zonder toevoegen van nieuwe enzymen en substraat vindt er productie van glucose plaats. De toe te voegen hoeveelheid enzym kan hierdoor verlaagd worden. (Weiss, Borjesson et al. 2013) De hydrolyseproducten kunnen ook zorgen voor inhibitie van het hydrolyseproces waardoor er meer enzymen nodig zijn. Een oplossing hiervoor kan SSF (simultane saccharificatie en fermentatie) zijn, maar hierbij moet rekening gehouden worden met de verschillende optimale temperaturen voor hydrolyse en fermentatie. Naast enzymatische hydrolyse is het eveneens mogelijk een chemische hydrolyse te doen met verdund of geconcentreerd zuur. De cellulose- en de hemicellulosepolymeren worden afgebroken door de zure behandeling. Zure hydrolyse heeft een aantal voordelen ten opzichte van enzymatische hydrolyse. Zo is er geen voorbehandeling nodig omdat het zuur ook de aanwezige lignine degradeert. De zure hydrolyse is sneller dan de enzymatische hydrolyse. Negatieve effecten van de zure hydrolyse zijn de sterke degradatie van de suikers en de vorming van fermentatie-inhibitoren zoals furfural en hydroxymethylfurfural (HMF) (Lenihan, Orozco et al. 2010). 14

21 Figuur 5 Massa glucose geproduceerd bij drie verschillende behandelingen van onoplosbaar hydrolyseresidu (initieel 15%ds): de blauwe kolommen stellen de glucose voor die geproduceerd werd tijdens de eerste 72 uren, de rode kolommen vertegenwoordigen de glucose geproduceerd na resuspensie van het onoplosbare residu in buffer, buffer en enzym of buffer, enzym en vers substraat. Aangepast uit (Weiss, Borjesson et al. 2013) Een laatste te overwinnen probleem voor de tweede generatie biobrandstoffen is het onvermogen van het gebruikte micro-organisme, Saccharomyces cerevisiae, om pentoses zoals xylose en arabinose te fermenteren. Deze suikers kunnen 25% of meer van de massa uitmaken. Om de productie van 2 de generatie biobrandstoffen rendabel te maken is de fermentatie van deze pentoses van groot belang. Er zijn ontwikkelingen op het vlak van recombinante micro-organismen die zowel hexoses als pentoses kunnen fermenteren tot ethanol. (Jørgensen, Kristensen et al. 2007; Kuhad, Gupta et al. 2011) Om het proces meer rendabel maken kan een verdere verwerking van lignine tot waardevolle producten (Figuur 6) een interessante piste zijn (Holladay, Bozell et al. 2007). Brandstof en syngasproducten Lignine Macromoleculen Aromatische en fenolische componenten (laag moleculair gewicht) Figuur 6 Waardevolle producten uit lignine met nieuwe en huidige technologieën. Aangepast uit Holladay, Bozell et al. (2007) 15

22 6.2 Lignocelluloserijke biomassa Lignocelluloserijke biomassa bestaat uit drie basispolymeren: cellulose, hemicellulose en lignine. (Foyle, Jennings et al. 2007; Buruiana, Garrote et al. 2013). In Tabel 3 wordt een overzicht gegeven van de samenstelling van verschillende lignocelluloserijke biomassatypes geschikt voor enzymatische hydrolyse. Hieruit blijkt dat de compositie verschilt van soort tot soort. Voor elke type biomassa moet dus gezocht worden naar de beste voorbehandeling. Er bestaat naar alle waarschijnlijkheid geen oplossing die voor alle types werkt. Categorie Grondstof Cellulose Hemicellulose Lignine Bron (%) (%) (%) Loofhout Eucalyptus globulus 46,30 25,83 22,90 (Garrote, Kabel et al. 2007) Populier 44,05 15,71 20,95 (Pan, Gilkes et al. 2006) Naaldhout Spar 44,00 24,60 27,50 (Sassner, Galbe et al. 2008) Den 44,55 21,90 27,67 (Hamelinck, Hooijdonk et al. 2005) Agro-industriële Maïsstro 40,00 29,60 23,00 (Sassner, Galbe et al. 2008) residuen Maïskolven 34,40 40,75 18,80 (Parajó, Garrote et al. 2004) Gerstdoppen 21,40 36,63 19,20 (Parajó, Garrote et al. 2004) Rijststro 36,20 19,00 9,90 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Tarwestro 32,90 24,00 8,90 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Katoenstengels 58,50 14,40 21,50 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Soyastengels 34,50 24,80 19,80 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Zonnebloemstengels 42,10 29,70 13,40 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Suikerrietbagasse 40,00 27,00 10,00 (nee Nigam, Gupta et al. 2009) Energiegewassen Vingergras 31,98 25,19 18,13 (Hamelinck, Hooijdonk et al. 2005) Alfalfastengels 27,50 23,00 15,80 (González-García, Moreira et al. 2010) Papierafval Krantenpapier 61,30 9,80 12,00 (Kim and Moon 2003) Tabel 3 Samenstelling lignocelluloserijke biomassa. Aangepast uit Buruiana, Garrote et al. (2013) Celwand De celwand van planten bestaat voornamelijk uit cellulose, hemicellulose en lignine. Daarnaast zijn ook pectines, water, proteïnen, wasachtige stoffen zoals cutine en suberine en een aantal anorganische componenten aanwezig in de celwand (Showalter 1993). Planten hebben een primaire en secundaire celwand (Figuur 7). De primaire celwand is zeer flexibel en groeit mee tijdens de groei van de plant. Als de groei stopt kan een secundaire celwand gevormd worden ter ondersteuning van de plant en de primaire celwand. In boomstammen zijn er drie lagen van secundaire celwand aanwezig. Deze S1-, S2- en S3-laag vertonen een ander patroon in hun cellulosemicrofibrillen (Sticklen 2008). 16

23 Figuur 7 Opbouw plantaardige celwand a) primaire celwand cellulosemicrofibrillen, hemicellulose, pectine, lignine en oplosbare proteïnen. b) cellulose-synthase enzymen in de vorm van rosettecomplexen. c) lignificatie in de S1-, S2- en S3-laag van de celwand. Aangepast uit Sticklen (2008) Cellulose Planten produceren ongeveer 180 miljard ton cellulose per jaar, waardoor dit polysaccharide het grootste reservoir van organische koolstof is ter wereld is. (Sticklen 2008). Cellulose wordt ook gesynthetiseerd door andere organismen dan planten. Zo zijn er ook bacteriën en prokaryoten zoals Acetobacter, Rhizobium en Agrobacterium die cellulose vormen. Evenzeer produceren sommige schimmels, amoeben, cellulaire slijmzwammen en algen cellulose. Bovendien zijn er zelfs cellulosesynthetiserende dieren, de manteldiertjes (Brown 2004). Cellulose is het meest voorkomende polymeer in de lignocelluloserijke biomassa. Het is een lineair homopolysaccharide dat uitgebouwd is uit β-d-glucopyranose-eenheden die aan elkaar gelinkt zijn via β-1,4 glycosidische bindingen. Elke anhydroglucose-eenheid is 180 geroteerd ten opzichte van de volgende glucose-eenheid. In principe is de herhalende basiseenheid van cellulose dus cellobiose (Figuur 8) en niet glucose (Delmer and Amor 1995; Festucci-Buselli, Otoni et al. 2007; Kumar, Singh et al. 2008). 17

24 Figuur 8 De structuur van cellulose met inter- en intramoleculaire waterstofbruggen. Aangepast uit Festucci- Buselli, Otoni et al. (2007) In de natuur is cellulose terug te vinden als een verzameling van ketens, de microfibrillen. Deze ontstaan door waterstofbruggen tussen de glucoseketens. De grootte van de microfibrillen varieert tussen de verschillende cellulosesynthetiserende organismen, maar gewoonlijk bestaat een microfibril uit ongeveer 36 ketens (Delmer and Amor 1995; Brown 1999; Foyle, Jennings et al. 2007). Cellulose komt voor in kristallijne en amorfe toestand. De kristallijne vorm zou minder toegankelijk zijn voor enzymen bij enzymatische hydrolyse. De molecule is onoplosbaar in de meeste solventen en vertoont een verhoogde resistentie tegen microbiële degradatie door deze sterk geordende structuur en de intermoleculaire waterstofbruggen (Jørgensen, Kristensen et al. 2007) Hemicellulose Hemicellulose is een heterogeen polymeer dat opgebouwd is uit pentoses (D-xylose, D-arabinose), hexoses (D-mannose, D-glucose, D-galactose) en suikerzuren die gebonden zijn via een β-1,4 glycosidische binding. De compositie van de hemicelluloses is afhankelijk van het organisme. De classificatie gebeurd aan de hand van het meest voorkomende saccharide in de keten (Jørgensen, Kristensen et al. 2007). Zo is in Figuur 9 de structuur van xyloglucaan te zien. Deze molecule is opgebouwd uit een keten van glucoseresidu s met daarop zijketens van xylose die eveneens nog kunnen binden met ander suikerresiduën (Scheller and Ulvskov 2010). 18

25 Figuur 9 Structuur van xyloglucaan (Scheller and Ulvskov 2010) Door middel van waterstofbruggen bindt de hemicellulose met de cellulosemicrofibrillen met een verhoging van de stabiliteit van de cellulose-hemicellulose-ligninematrix tot gevolg (Foyle, Jennings et al. 2007) Lignine Na cellulose is lignine het tweede meest voorkomende biopolymeer op aarde. Het komt voor in de secundaire celwand van planten. De bouwstenen van lignine (Figuur 10) zijn drie monomeren p-coumaryl-, coniferyl-, en sinapylalcohol. Na incorporatie in het ligninepolymeer zijn ze respectievelijk terug te vinden als p-hydroxyphenyl-, guaiacyl- en syringylfenylpropanoïden (Boerjan, Ralph et al. 2003; Vanholme, Demedts et al. 2010; Zeng, Zhao et al. 2014). In de plantencelwand heeft het een functie als bindmateriaal. Het zorgt voor een sterke structuur van zowel de cel als de volledige boomstam. Lignine speelt ook een belangrijke rol in de bescherming tegen pathogenen (Boerjan, Ralph et al. 2003). Figuur 10 Bouwstenen van lignine. Aangepast uit Vanholme, Demedts et al. (2010) 6.3 Situatie Vlaanderen/België/Europa Biomassa in Vlaanderen en België In het kader van het VISIONS-project werden de belangrijkste organisch-biologische nevenstromen in Vlaanderen in kaart gebracht. De Inventaris Biomassa van OVAM en het rapport studie van de nevenstomen in de voedingsindustrie van Fevia vormden 19

26 basisdocumenten voor deze studie. In Tabel 4 worden de tien belangrijkste nevenstromen in Vlaanderen opgelijst. Wat betreft papier moet ook vermeld worden dat op de 18 de plaats recyclageresidu bij papier- en kartonproductie staat met een jaarlijkse beschikbaarheid van ton. Tabel 4 Tien belangrijkste nevenstromen in Vlaanderen. Aangepast uit (Elst, Geyskens et al. 2013) Beschikbaarheid Nr Type nevenstroom Natte stof (ton/j) Droge stof (ton/j) Opmerking 1 Papier en kartonafval Cijfers België Netto export ton/ j 2 Schroot na winning plantaardige olie Cijfers België (~95% Vlaanderen) Incl. voor biodiesel en oleochemie 3 Perspulp na suikerwinning Cijfers België (~35% Vlaanderen) 4 Blad- en stengelmassa na oogsten korrelmaïs 5 Residu bij suikerbietteelt (bladmassa en koppen) 6 Dierlijk afval categorie Droge stof is equivalent diermeel en vet verwerkt in Vlaanderen 7 Houtafval houtsector Ruw digestaat van vergisting Ruw digestaat dat wordt afgezet, exclusief gedroogd digestaat 9 (Stoom-)schillen bij Cijfers België (~70% Vlaanderen) aardappelverwerking 10 Resten bij maalderijen (kriel, kortmeel, nameel) Cijfers België (~90% Vlaanderen) Papier in België en Europa Papier in België De papiercyclus in Vlaanderen wordt voorgesteld in Figuur 11. Sappi produceert pulp uit naald- en loofhout in tegenstelling tot Oudegem Papier en Stora Enso die oud papier en karton opnieuw verpulpen. Uit deze pulp wordt nieuw papier en karton geproduceerd. De niet-herbruikbare vezels verlaten de cyclus en kunnen verbrand worden voor energiewinning. Ze kunnen ook dienst doen als bodemverbeteraar. Het nieuwgeproduceerde papier en karton komt bij de consument terecht waarna het na gebruik ingezameld wordt door van Gansewinkel of Sita. Het gebruikte papier en karton kan gerecycleerd worden voor de productie van nieuw papier en karton, maar een deel verlaat de cyclus en wordt geëxporteerd naar het buitenland. Naar gelang het type van papier dat geproduceerd moet worden kunnen vezels 2 tot 5 keer hergebruikt worden. 20

27 Figuur 11 Papiercyclus in Vlaanderen In België werd in ,008 miljoen ton papier en karton geproduceerd. Er werd 1,553 miljoen ton papier en karton geëxporteerd en 3,206 miljoen ton geïmporteerd. Het merendeel van dit papier en karton is bestemd voor de grafische sector (Figuur 12)(Cobelpa 2013). Figuur 12 Papier-en kartonproductie in België. Aangepast uit Cobelpa (2013) In 2012 werd in België 1,877 miljoen ton oud papier ingezameld. Daarvan wordt 1,150 miljoen ton opnieuw gebruikt om papier te maken. Bij de papierproductie was 57% van het bronmateriaal oud papier. Bovendien werd er 2,018 miljoen ton oud papier geëxporteerd en 1,291 miljoen ton geïmporteerd. 44% van het geëxporteerde oud papier en karton ging naar Azië, terwijl het grootste deel (55%) geëxporteerd werd naar Europese landen (Cobelpa 2013). 21

28 Figuur 13 Export en import van oud papier in België. Aangepast uit Cobelpa (2013) Papier in Europa De Europese papier- en kartonindustrie bestond in 2012 uit 640 bedrijven die mensen tewerkstelden. Er werd 92,081 miljoen ton papier geproduceerd en daarvoor werd 50,8% oud papier gebruikt. In Europa (alle EU-landen plus Noorwegen en Zwitserland) werd 71,7% van het geconsumeerde papier opnieuw gerecycleerd. Dit is een stijging van 31,4% ten opzichte van het jaar Er werd 10,919 miljoen ton oud papier geëxporteerd met als belangrijkste bestemming Azië (93,9%). Ook werd er 2,053 miljoen ton geïmporteerd naar de CEPI-landen (Oostenrijk, België, Tjechië, Finland, Frankrijk, Duitsland, Hongarije, Italië, Noorwegen, Polen, Portugal, Roemenië, Slovakije, Spanje, Zweden, Nederland en het Verenigd Koninkrijk) voornamelijk vanuit andere Europese landen (CEPI 2012). Als het percentage papier dat gerecycleerd wordt in Europa door de CEPI-landen vergeleken wordt met andere regio s in de wereld, dan is Europa de echte recyclagekampioen (Figuur 14). Het wereldwijde cijfer van papierrecyclage bedraagt 60% (ERPC 2012). Figuur 14 Percentage papier dat gerecycleerd wordt door de verschillende wereldregio's. Aangepast uit ERPC (2012) 22

29 6.4 Technologie tweede generatie Suikerplatform Het suikerplatform is het produceren van fermenteerbare suikers uit biomassa. Deze biologische geproduceerde monosacchariden zijn dan weer de basis voor de productie van ethanol of andere chemische bulkproducten. De bekomen fermenteerbare suikers zijn D-glucose uit cellulose en D-xylose, L-arabinose, D-galactose, D-glucose en D-mannose uit hemicellulose (Fernando, Adhikari et al. 2006). Glucose kan de basis vormen voor vele nuttige producten die geproduceerd worden door middel van fermentatie zoals ethanol, azijnzuur, aceton, butanol en barnsteenzuur. Xylose kan omgevormd worden tot furfural (Tabel 5). Dit aldehyde is een grondstof voor de productie van Nylon 6 (Kamm and Kamm 2004). Tabel 5 Componenten die vrijkomen bij enzymatische hydrolyse en hun verdere verwerking. (Kamm and Kamm 2004) lignocellulose + H 2 O = lignine + cellulose + hemicellulose hemicellulose + H 2 O = xylose xylose + zure katalysator = furfural cellulose + H 2 O = glucose Voorbehandeling lignocelluloserijke biomassa In punt Toekomstperspectieven en uitdagingen werd reeds besproken dat bij lignocelluloserijke biomassa een voorbehandeling (Figuur 15) nodig is voordat een efficiënte hydrolyse en fermentatie kan uitgevoerd worden. Deze voorbehandeling is nodig om de structuur van de biomassa te wijzigen zodat de aanwezige cellulose beter toegankelijk wordt voor de enzymen. Er zijn een aantal eisen waaraan een goede voorbehandeling moet voldoen. Zo moet de enzymatische digesteerbaarheid stijgen en mag er slechts een minimaal verlies van suikers zijn. Bij voorkeur worden er geen bijproducten gevormd die de hydrolyse en/of fermentatie inhiberen. Bovendien moet het proces ook economisch interessant zijn waarbij zeker rekening gehouden moet worden de hoeveelheid benodigde energie voor de voorbehandeling. Eveneens spelen de investerings- en onderhoudskosten van de installatie en ook de kost van de eventueel gebruikte chemicaliën een belangrijke rol. Ideaal wordt het ook voor afvalstromen zoals lignine mogelijk om deze te converteren in waardevolle producten (Mosier, Wyman et al. 2005; Jørgensen, Kristensen et al. 2007; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010; Buruiana, Garrote et al. 2013). Er bestaan vele verschillende voorbehandelingsprocessen die ingedeeld kunnen worden in verschillende categoriën: fysische, fysico-chemische en chemische voorbehandelingen. 23

30 Figuur 15 Voorbehandeling van lignocelluloserijke biomassa. Aangepast uit Buruiana, Garrote et al. (2013) Fysische voorbehandeling De fysische voorbehandeling bestaat uit een mechanische verkleining; Bij dit proces wordt de partikelgrootte verkleind en de kristalliniteit van cellulose verlaagd door versplinteren, slijpen en/of malen van de biomassa. De hoeveelheid energie nodig is afhankelijk van het te behandelen materiaal en de gewenste partikelgrootte. Er is meestal veel energie nodig waardoor er hoge proceskosten zijn (Sun and Cheng 2002; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010) Fysico-chemische voorbehandeling [1] Stoomexplosie De biomassa wordt snel opgewarmd door stoom op hoge druk. Deze druk wordt gedurende enkele minuten aangehouden waarna de druk verlaagd wordt voor een explosieve decompressie. Het proces wordt ook autohydrolyse genoemd omdat tijdens de periode van hoge druk hydrolyse plaatsvindt van de acetylgroepen in hemicellulose. Hierbij ontstaat azijnzuur dat de hydrolyse van glucose en xylose kan katalyseren. Bovendien vindt er ook fragmentatie plaats bij de explosie. Hemicellulose en lignine worden gedeeltelijk verwijderd uit de biomassa. Voordelen van deze techniek zijn de lagere energiebehoefte dan bij mechanische verkleining en het feit dat er geen recyclagekosten zijn. Er zijn ook nadelen verbonden aan het toepassen van een stoomexplosie. Zo is het noodzakelijk om de biomassa na de stoomexplosie te wassen met water om gevormde bijproducten te verwijderen. Op die manier worden ook oplosbare suikers weggespoeld waardoor de saccharificatieopbrengst daalt. De methode is ook minder effectief op naaldhout, maar wel goed toepasbaar op loofhout en landbouwgewassen (Sun and Cheng 2002; Mosier, Wyman et al. 2005; Taherzadeh and Karimi 2007). 24

31 [2] Ammonia fiber explosion (AFEX) Bij AFEX wordt de biomassa behandeld met vloeibare ammoniak bij matige temperaturen ( C) en hoge druk gedurende een bepaalde periode waarna de druk verlaagd wordt. Dit zorgt voor een expansie van het ammoniakgas en heeft hetzelfde effect als de stoomexplosie. De lignine-koolhydraat-complexen worden verbroken waardoor de koolhydraten beter beschikbaar worden voor de enzymen (Mosier, Wyman et al. 2005; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010). Deze voorbehandeling biedt een aantal voordelen. Zo is het mogelijk de ammoniak na de voorbehandeling te recupereren wat een daling van de kosten betekent ten opzichte van andere chemische behandelingen. Na de behandeling blijft enkel een voorbehandelde droge stof over doordat de ammoniak verdampt. Er worden geen bijproducten gevormd. De cellulose wordt al gedepolymeriseerd en de hemicellulose wordt al gedeeltelijk gehydrolyseerd. Er vindt slecht een beperkte degradatie van de monosacchariden plaats en het is mogelijk om AFEX toe te passen bij hoge drogestofgehaltes. Er wordt meer dan 90% conversie van cellulose en hemicellulose tot fermenteerbare suikers behaald voor vele lignocelluloserijke materialen. Een nadeel van de techniek is dat het minder goed toepasbaar is op ligninerijke grondstofs en houtachtige biomassa (Sun and Cheng 2002; Jørgensen, Kristensen et al. 2007; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010). [3] CO 2 -explosie Bij deze techniek wordt superkritische CO 2 gebruikt als een reagens. De lignine wordt verwijderd, eventueel in aanwezigheid van solventen. De waterige CO 2 -oplossing vormt koolzuur. Er wordt eveneens gewerkt bij hoge druk die een tijdje aangehouden wordt. Door de druk te verlagen vindt een explosieve expansie plaats waardoor de cellulose- en hemicellulosestructuur verbroken wordt en de koolhydraten dus beter beschikbaar worden voor de enzymen (Sun and Cheng 2002; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010). Voordelen van deze techniek zijn de lage monosaccharidendegradatie en dat hij meer kosteneffectief is dan AFEX en stoomexplosie. Bovendien is CO 2 niet toxisch, niet ontvlambaar en kan het gemakkelijk gerecupereerd worden. Het wordt door de microorganismen gevormd tijdens de fermentatie en er worden geen inhibitoren gevormd die de fermentatie verstoren. Nadeel van de CO 2 -explosie is dat de bekomen monosaccharidenopbrengsten lager zijn dan die bekomen bij AFEX en stoomexplosie (Sun and Cheng 2002; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010; Buruiana, Garrote et al. 2013). 25

32 Chemische voorbehandeling [1] Zure voorbehandeling Een zure voorbehandeling maakt de hemicellulose oplosbaar en de cellulose beter beschikbaar voor de enzymen. Bij voorkeur wordt er met verdund zuur gewerkt omdat bij het gebruik van geconcentreerd zuur vele bijproducten gevormd worden. Bovendien vindt er ernstige corrosie van de procesapparatuur plaats en is er een hoge kost aan chemicaliën waardoor het economisch noodzakelijk is om het zuur na de voorbehandeling te recupereren (Mosier, Wyman et al. 2005). Het gebruik van verdund zwavelzuur (H 2 SO 4 ) wordt het meest toegepast. Ook verdund fosforzuur (H 3 PO 4 ), verdund salpeterzuur (HNO 3 ) en verdund zoutzuur (HCl) werden reeds getest. Er worden bij verdund zuur minder inhibitoren gevormd, maar er moet nog steeds rekening gehouden worden met de corrosie van de apparatuur. Bovendien is het zowel bij geconcentreerd als bij verdund zuur nodig om te ph te corrigeren na de voorbehandeling om de benodigde ph van 4,8 voor de enzymatische hydrolyse te bereiken (Sun and Cheng 2002; Mosier, Wyman et al. 2005). Meestal wordt bij hoge temperatuur (180 C) gewerkt met een korte verblijftijd. Het is echter ook mogelijk bij een lagere temperatuur (120 C) te werken, maar dan is er een langere retentietijd van 30 tot 90 minuten nodig. (Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010) Voorbehandeling met verdund zwavelzuur verhoogt effectief de digesteerbaarheid, maar is duurder dan stoomexplosie of AFEX. (Sun and Cheng 2002) [2] Alkalische voorbehandeling Bij de alkalische voorbehandeling wordt de lignine verwijderd zonder grote effecten op de andere componenten. De kristalliniteit wordt verlaagd. De verzeping van de intermoleculaie esterbindingen die instaan voor de crosslinking tussen xylaanhemicelluloses en lignine of andere hemicelluloses zou het onderliggende mechanisme zijn. De voorbehandeling met alkaliën kan uitgevoerd worden bij kamertemperatuur. Natriumhydroxide, kaliumhydroxide, calciumhydroxide en ammoniumhydroxide zijn allen gepast. Bij NaOH wordt zwelling van de biomassa waargenomen waardoor de interne oppervlakte van de cellulose stijgt en polymerisatie- en kristalliniteitsgraad daalt. Als zuurstof of waterstofperoxide toegevoegd wordt dan betreft het een oxidatieve alkalische voorbehandeling die zorgt voor extra verwijdering van de lignine. Voordelen van de alkalische voorbehandeling zijn dat minder er monosaccharidendegradatie voorkomt dan bij een zure voorbehandeling en dat er geen vorming van bijproducten zoals furfural plaatsvindt. (Sun and Cheng 2002; Mosier, Wyman et al. 2005; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010). 26

33 Als calciumhydroxide (Ca(OH) 2 ) gebruikt wordt, spreekt men over lime-voorbehandeling. Lime heeft als extra voordeel dat het uit het voorbehandelingswater kan gerecupereerd worden door het neer te slaan als calciumcarbonaat door reactie met CO 2. De kosten voor lime pretreatment zijn lager dan voor de andere alkalische voorbehandelingen en er zijn minder veiligheidsvoorwaarden (Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010; Brodeur, Yau et al. 2011). [3] Organosolv-voorbehandeling Bij de organosolv-voorbehandeling wordt gebruik gemaakt van organische of waterige organische solventen zoals ethanol, methanol, aceton en ethyleenglycol en een katalysator (H 2 SO 4 of HCl). De lignine en hemicellulose-bindingen worden verbroken. Een groot voordeel van deze techniek is dat er pure lignine kan afgescheiden worden zodat het mogelijk wordt deze gemakkelijk te valoriseren. Het toevoegen van een katalysator is niet nodig indien een hogere procestemperatuur (>180 C) wordt gekozen (Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010). Papatheofanous, Billa et al. (1995) bestudeerden de combinatie van een organosolv-proces en een voorafgaande zure hydrolyse zodat de hemicellulose en de lignine in afzonderlijke fracties kunnen afgescheiden worden. Belangrijke aandachtspunten zijn de verwijdering van de solventen uit de voorbehandelde biomassa en de recycling van deze solventen want ze hebben een hoge kostprijs (Sun and Cheng 2002; Alvira, Tomas-Pejo et al. 2010) Biologische voorbehandeling Een biologische voorbehandeling houdt in dat schimmels worden losgelaten op de lignocelluloserijke biomassa. Bruinrotschimmels degraderen cellulose. De witrotschimmels degraderen selectief de lignine in het hout. Dit delignificatieproces kan ook toegepast worden als voorbehandeling bij mechanische of chemische verpulping. Er is echter nog veel onderzoek nodig voor de praktische toepassing, maar de vele voordelen zijn reeds duidelijk. Zo zou er minder energie en minder chemicaliëngebruik nodig zijn (Bajpai 2012). 6.5 Papier Productieproces Voor de productie van papier (Figuur 16) wordt meestal gestart met hout [1], maar er zijn ook alternatieven zoals rijststro. Het hout gebruikt voor de papierproductie in België is 80% loofhout zoals beuk, populier en eik en 20% naaldhout. Dit hout is afval uit boomzagerijen, afkomstig van plantages met snelgroeiende bomen of materiaal dat gesnoeid wordt bij het onderhoud van bossen (Cobelpa 2012). Een tweede stap in het proces is het hout schorsvrij maken en in kleinere stukken kappen [2] (CEPI 2013). Vervolgens vindt verpulping plaats met een chemische [3] of mechanische methode [4]. Na een wasstap [5] wordt de houtpulp door een dunne horizontale spleet geperst op een bewegend gaas [6]. Daarop volgt een proces 27

34 dat sheet formation genoemd wordt [7]. Er wordt water verwijderd uit de pulp en de vezels verspreiden zich evenwijdig op de gaasmat. In stap [8] wordt er nog meer water uit de pulp geperst tot een watergehalte van 50%. Dan worden de vellen papier over opgewarmde rollen gebracht die ervoor zorgen dat het papier droogt [9]. Het papier zelf is nu gevormd, maar er wordt nog een coating [10] zoals pigmenten en andere additieven zoals calciumcarbonaat, talk en kaoline toegevoegd. Vervolgens vindt een kalenderingsproces [11] plaats waarbij het papier tussen twee of meer warme rollers gebracht wordt. Door de druk en warmte krijgt het papier een glanzend, glad oppervlak. De laatste stap is het aanbrengen van het papier op grote papierrollen of het versnijden in kleinere vellen papier [12]. Papier kan ook geproduceerd worden door oud papier te recycleren [A]. Er vindt eveneens een verpulpingsproces plaats [B] en de pulp wordt gezuiverd van inkt en vulstoffen door middel van een flotatieproces [C]. Dan is de pulp klaar om verder verwerkt te worden tot nieuw papier [6]. Figuur 16 Productie van papier uit hout en gerecycleerd papier (CEPI 2013) Verpulping Met verpulping wordt het proces bedoeld waarbij de grondstoffen (hout of gerecycleerd papier) behandeld worden zodat de cellulosevezels gescheiden worden. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, maar de methoden worden ingedeeld in chemische en mechanische processen. Zoals reeds hierboven vermeld kan ook oud, gerecycleerd papier na verpulping, inktverwijdering en bleking opnieuw gebruikt worden voor papierproductie. (Biermann 1996; Bajpai 2012; Cobelpa 2012). De gebruikte methoden voor verpulping lijken sterk op de voorbehandelingsmethoden besproken in 6.4.2, maar voor de productie van papier is het belangrijk dat er kwalitatieve vezels gebruikt worden om een sterk papier te kunnen 28

35 produceren. Bij de voorbehandeling voor de enzymatische hydrolyse is dit niet van belang en wordt de biomassa behandeld zodat de vezels beter toegankelijk zijn voor de enzymen Chemisch pulpen Chemisch pulpen wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van papier van hoge kwaliteit dat een lange tijd moet meegaan. Zo wordt het gebruikt voor boeken, schriften en bepaalde verpakkingen. Bij chemisch pulpen wordt het overgrote deel van de lignine verwijderd waardoor het papier minder vatbaar is voor geelkleuring onder invloed van zuurstof en licht. Door de afwezigheid van lignine wordt papier geproduceerd met chemische pulp houtvrij papier genoemd. De bekomen rendementen (40-45%) liggen lager dan bij de mechanische verpulping omdat de lignine verwijderd wordt. Het rendement is de droge pulpmassa uitgedrukt als percentage van de droge houtmassa. Er wordt een bruine pulp bekomen die een bleekproces moet ondergaan om witter papier of karton te bekomen (Bajpai 2012; Cobelpa 2012). [1] Kraft De kraft-(sulfaat)-methode is een alkalische methode waarbij natriumhydroxide en natriumsulfide gebruikt worden. De houtkrullen worden in dit mengsel, de witte liquor, gekookt. Na het kookproces worden de pulp en de zwarte liquor van elkaar gescheiden. De zwarte liquor bevat gedegradeerde houtcomponenten en kan verbrand worden voor energiewinning. Het is toepasbaar op alle soorten hout. De resulterende pulp is sterker dan sulfietpulp, maar is moeilijker te bleken dan deze laatste pulp. De sterke geurhinder die het proces met zich meebrengt is ook een nadeel. Kraft is de meest gebruikte chemische pulpmethode, het vertegenwoordigt 89% van alle chemische pulpen (Biermann 1996; Sixta 2006; Bajpai 2012). [2] Sulfiet De sulfietmethode is een andere verpulpingmethode waarbij gebruikt gemaakt wordt van calcium-, magnesium-, en natrium- of ammoniumbisulfide. De houtkrullen worden gekookt bij een temperatuur van C en bij een druk van kpa. De pulp die bekomen wordt met deze methode is bleker en ondergaat makkelijker een extra bleking. Ze is echter minder sterk dan de kraftpulp en niet toepasbaar voor alle soorten hout. Er wordt wel een hoger rendement bekomen in vergelijking met de kraftmethode (Biermann 1996; Holik 2006; Bajpai 2012). [3] Anthraquinon Anthraquinon wordt gebruikt in combinatie met andere chemicaliën: sulfiet/aq, soda/aq, alkalisch sulfiet/aq/methanol of kraft/aq. Tijdens het pulpen zijn er verschillende oxidatieve vormen van anthraquinon terug te vinden. De positieve effecten van anthraquinon worden 29

36 toegeschreven aan redoxreacties met deze verschillende oxidatieve vormen. Er wordt een hoger rendement bekomen door de oxidatie van koolhydraataldehyde-eenheden door AQ en AHQ.. Hierbij wordt AHQ 2- gevormd dat zorgt voor een fragmentatie van lignine wat een snellere delignificatie betekent (Dimmel 1996; Khristova, Gabir et al. 1998). Figuur 17 Redoxreacties in aanwezigheid van AQ bij verpulping. Aangepast uitdimmel (1996) Mechanisch pulpen Mechanische pulp wordt verkregen door de houtkrullen te onderwerpen aan mechanische krachten. De lignine wordt niet verwijderd en deze pulp wordt dan ook gebruikt voor papier met een kortere levensduur. De lignine zorgt immers voor een geelkleuring bij blootstelling van het papier aan licht en lucht. Er worden hogere rendementen (92-96%) bekomen in vergelijking met de chemische pulpen. Het verkregen papier wordt houthoudend papier genoemd. De mechanische pulpen zijn minder sterk dan de chemische pulpen omdat de vezels tijdens het mechanisch vrijmaken beschadigd worden, maar de productie is wel goedkoper (Biermann 1996; Sappi Idea Exchange 2011; Bajpai 2012) Thermomechanisch Pulpen (TMP) Bij het thermomechanisch pulpen wordt gebruik gemaakt van een refiner (Figuur 18). Dit is een machine die bestaat uit twee metalen platen met een soort van messen waarmee de vezels uit elkaar gehaald worden. Één van de twee platen is meestal stationair terwijl de andere plaat ronddraait. Er zijn meestal twee refinerstappen. In de eerste refiner heerst een hogere temperatuur en druk zodat de vezels in het hout zachter worden. De tweede refiner werkt op kamertemperatuur en bij atmosferische druk (Biermann 1996; Bajpai 2012). Figuur 18 Single-disc refiner met één stationaire en één bewegende schijf (Sixta 2006) 30

37 Chemithermomechanisch pulpen (CTMP) Chemithermomechanische verpulping is een combinatie van mechanisch en chemisch pulpen. De houthaksels worden eerst geweekt in natriumsulfiet of natriumhydroxide bij hogere temperatuur en druk. Vervolgens gaan ze ook naar de refiner waar de vezels uit elkaar gehaald worden met mechanische kracht. Er zijn vaak ook twee refinerstappen aanwezig. (Sixta 2006) Biopulping Sommige witrotschimmels zouden ook een rol kunnen spelen in het pulproces. Ze delignificeren de biomassa zoals ook reeds vermeld werd in op p. 27, maar er is nog veel onderzoek nodig voor dit effectief toegepast kan worden Enzymatische hydrolyse Enzymcocktail De enzymcocktail die gebruikt wordt voor de enzymatische degradatie van cellulose bevat 3 klassen van enzymen, de cellulases. Zo zijn er de exo-1,4-β-d-glucanases (EC ), ook cellobiohydrolases (CBH) genoemd, die aan de uiteindes van de celloloseketens cellobiose afknippen. Cellobiohydrolase I (CBH I) doet dit aan de reducerende uiteinden, cellobiohydrolase II (CBH II) knipt cellobiose af aan de niet-reducerende uiteinden. De tweede klasse zijn endo-1,4-β-d-glucanases (EG) (EC ) die in de celluloseketen β-1,4- glucosidische bindingen knippen. De cocktail bevat eveneens 1,4-β-D-glucosidases (βg) (EC ) die cellobiose hydrolyseren tot glucose. Er is sprake van synergetische werking omdat de enzymen elkaars werking verbeteren. Zo worden er nieuwe inwerkingsplaatsen gecreëerd en door de omzetting van bepaalde producten vindt er minder productinhibitie plaats (Jorgensen, Kristensen et al. 2007; Andric, Meyer et al. 2010). Figuur 19 Enzymcocktail voor de enzymatische degradatie van cellulose: cellobiohydrolases (CBH), endoglucanases (EG) en β-glucosidases (βg). Aangepast uit (Soliman, El-Zawahry et al. 2013) Aan de huidige commerciële enzymcocktails worden eveneens hemicellulases waaronder xylanases toegevoegd voor de degradatie van hemicellulose. Er worden hierbij glucose, xylose, mannose, arabinose en galactose vrijgesteld (Palmqvist and Hahn-Hagerdal 2000). 31

38 De activiteit van cellulasen wordt uitgedrukt in Filter Paper Unit (FPU). Één FPU is de hoeveelheid enzym die 2 mg glucose equivalent produceert uit 50 mg Whatman Filter Paper in 60 minuten (Adney and Baker 1996) Limiterende factoren voor de enzymwerking Er zijn verschillende types van enzyminhibitie (Figuur 20) mogelijk bij de enzymatische hydrolyse. Een eerste type is productinhibitie waarbij de vrijgestelde producten zoals glucose, xylose en oligomeren de werking van de enzymen inhiberen. Zo worden cellobiohydrolasen en endoglucanase geremd door cellobiose (5) en glucose (4). β-glucosidase wordt geïnhibeerd door glucose (3) (Holtzapple, Cognata et al. 1990). (Semi)-simultane saccharificatie en fermentatie, (S)-SSF, kan een oplossing zijn voor productinhibitie omdat hierbij de gevormde glucose reeds omgezet wordt naar ethanol terwijl ook de enzymatische hydrolyse nog verder loopt. Het β-glucosidase wordt minder geïnhibeerd en kan de verdere omzetting van cellobiose naar glucose katalyseren. Het toevoegen van extra β-glucosidase aan de enzymcocktail kan de productinhibitie verminderen (Taherzadeh and Karimi 2007). Figuur 20 Inhibitie van cellulase: (a) algemene reacties: 1&2, (b) glucose-inhibitie: 3&4, (c) cellobiose-inhibitie: 5, (d) substraatinhibitie: 6&7. Aangepast uit Andric, Meyer et al. (2010) Substraatinhibitie wordt veroorzaakt door niet-productieve adsorptie van de cellobiohydrolasen en endoglucanases (6) aan de celluloseketen en β-glucosidase (7) aan cellobiose (Jorgensen, Kristensen et al. 2007). Suikers zoals xylose, arabinose, mannose en galactose die afgeleid zijn van hemicellulose hebben eveneens een remmend effect op cellulasen (García-aparicio, Ballesteros et al. 2006). Xylo-oligomeren en xylaan zorgen ook voor een inhibitie van de cellulasen. De xylooligomeren hebben een sterker remmend effect dan xylose, xylaan, glucose of cellobiose (Qing, Yang et al. 2010). Om de inhibitie door xylose en xylo-oligomeren te verlagen zou het nodig zijn om een micro-organisme te gebruiken dat xylose kan fermenteren. Bij deze simultane saccharificatie en co-fermentatie (SSCF) worden zowel C 5 - als C 6 -suikers omgezet naar ethanol (Taherzadeh and Karimi 2007). 32

39 Een derde type van inhibitie van de enzymatische hydrolyse is inhibitie door de aanwezigheid van componenten in het papier zelf. Bij de productie van papier voor druk- of printwerk worden vele goedkope, anorganische vulstoffen zoals calciumcarbonaat (CaCO 3 ) en klei toegevoegd om de ruimte tussen de dure vezels op te vullen en de kwaliteit van het papier te verbeteren. Calciumcarbonaat is de belangrijkste component van as in papier. Chen, Venditti et al. (2012) bekwamen onderstaande curve (Figuur 21) en toonden aan dat eenzelfde papier met een gereduceerd asgehalte een betere digesteerbaarheid vertoont in vergelijking met het onbehandelde papier. De enzymen adsorberen onproductief aan de as en zijn dus niet langer in staat om cellulose om te zetten. Een asreductie kan verwezenlijkt worden door wassen met water en filtratie zoals toegepast werd door Chen, Venditti et al. (2012). Het is eveneens mogelijk het as te verwijderen door het toevoegen van zuur. Figuur 21 Inhibitie van cellulasen door as. Aangepast uit Chen, Venditti et al. (2012) Papier bevat eveneens lignine. De binding van cellulase aan natief lignine is te verwaarlozen, maar tijdens de voorbehandeling kunnen carbohydraat-ligninecomplexen ontstaan waaraan de enzymen wel onproductief kunnen adsorberen (Yang and Wyman 2006). Een complete verwijdering van lignine en ligninecarbohydraatcomplexen kan de digesteerbaarheid verbeteren, maar er moet gekozen worden voor een methode waarbij de degradatie van fermenteerbare suikers minimaal is. (Ding, Liu et al. 2012). Het toevoegen van een nietionische surfactant zoals Tween 80 verlaagt de niet-productieve adsorptie van de enzymen door een hydrofobe interactie met de lignine aan te gaan (Eriksson, Borjesson et al. 2002; Kristensen, Börjesson et al. 2007). Fenolen worden vrijgesteld bij de degradatie van lignine. Vanilline, syringaldehyde, transkaneelzuur en 4-hydroxybenzoëzuur zijn dergelijke fenolen die cellulasen sterk inhiberen (Ximenes, Kim et al. 2010). 33

40 Bij het toepassen van SSF is er ook een inhiberend effect van ethanol op de cellulases. Een ethanolconcentratie van 30 g/l reduceert de enzymactiviteit met 25%. (Wyman 1996) Fermentatie Het suikermengsel bekomen tijdens de saccharificatie van lignocelluloserijke biomassa zoals papier kan op anaërobe wijze door industriële gisten gefermenteerd worden tot ethanol (Figuur 22). Het meest gebruikte micro-organisme is de gist Saccharomyces cerevisiae. Deze gist kan hexoses zoals glucose, mannose en fructose omzetten naar ethanol. De cellen zijn robuust en vrij resistent tegen inhibitoren en fermentatieproducten. Bovendien fermenteert de gist bij lage ph-waarden waardoor het risico op contaminatie daalt (Weber, Farwick et al. 2010; Vanholme, Desmet et al. 2013). Figuur 22 Anaërobe fermentatie van glucose tot ethanol. Aangepast uit Lodish, Kaiser et al. (2013) Inhibitie van Saccharomyces cerevisiae Tijdens de voorbehandeling van lignocelluloserijke biomassa kunnen inhibitoren gevormd worden. Vooral bij een zure voorbehandeling is de vorming van inhibitoren onvermijdelijk. Een alkalische of AFEX- voorbehandeling zorgt voor een lagere of onbestaande concentratie aan inhibitoren. Er zijn meerdere klassen inhibitieproducten te onderscheiden. (Figuur 23) [1] Furanen Bij de degradatie van xylose en hexosesuikers worden respectievelijk furfural (7) en 5-hydroxymethylfurfural (HMF) (8) gevormd (Figuur 23). Bij lage concentraties is furfural voordelig voor de gist omdat hij dit kan gebruiken om NAD+ te regenereren met een lagere 34

41 glycerolproductie tot gevolg (Palmqvist and Hahn-Hagerdal 2000). Bij hogere concentraties van furfural en HMF wordt een verlengde lag-fase vastgesteld of gewoonweg remming van de groei. De componenten hebben een synergetisch effect, maar HMF is een minder sterke inhibitor dan furfural. Furfural brengt ook schade toe aan het celmembraan en de membraan van celorganellen. (Almeida, Modig et al. 2007). Figuur 23 Producten en inhibitoren die vrijkomen bij de voorbehandeling en enzymatische hydrolyse van lignocellulose. Aangepast uit Palmqvist and Hahn-Hagerdal (2000) [2] Zwakke zuren Azijnzuur (4) wordt gevormd bij de degradatie van hemicellulose. Mierenzuur (7) ontstaat bij de afbraak van furfural en HMF. Dat laatste kan ook afgebroken worden tot levulinezuur (10) (Figuur 23). De zwakke zuren hebben een betrekkelijk hoge pk a en de gebruikte fermentatieph ligt dicht bij hun pk a s. Dit wil zeggen dat bij deze ph de helft van de moleculen gedissocieerd is. De gedissioceerde zwakke zuren kunnen doorheen het celmembraan passeren en zorgen daar voor een daling in ph. De cel reageert hierop door met behulp van ATPase protonen uit de cel te pompen met een tekort aan ATP voor de gist tot gevolg. Er kan extra ATP gevormd worden door extra ethanolproductie. Dit is echter alleen een oplossing bij een lage concentratie van zwakke zuren want bij hoge concentratie is er een te grote ATPuitputting en vindt er een intracellulaire verzuring plaats. De gevolgen van deze verzuring zijn een verstoring van de intracellulaire enzymen en het suikermetabolisme (Palmqvist and Hahn- Hagerdal 2000; Almeida, Modig et al. 2007). 35

42 [3] Fenolen Fenolen zoals vanilline, syringaldehyde en 4-hydroxybenzoëzuur worden vrijgesteld bij de degradatie van lignine. De gevormde fenolen kunnen geïntegreerd worden in het celmembraan met een integriteitsverlies tot gevolg (Palmqvist and Hahn-Hagerdal 2000). [4] Andere componenten Bij een hoge ethanolconcentratie vindt er aantasting van het celmembraan van de gist plaats. Een hoge suikerconcentratie zorgt voor osmotische stress bij de gisten met waterverlies en krimpen van de cel tot gevolg. Saccharomyces cerevisiae kan een glucoseconcentratie tot 400 g/l aan (Koppram, Tomás-Pejó et al. 2013) Fermentatie van hexosen en pentosen Bij de enzymatische hydrolyse van lignocellulose worden ook pentoses zoals xylose en arabinose vrijgesteld. Om de productie van biobrandstof uit lignocelluloserijke biomassa economisch interessant te maken is het absoluut noodzakelijk om ook de pentoses te fermenteren tot ethanol. Volgens berekeningen is een ethanolconcentratie van minstens 100 g/l met een minimale productiviteit van 2 g/l per uur en een rendement van 95% ten opzichte van het theoretische maximum nodig (Sheridan 2009). Het micro-organisme dat momenteel het vaakst gebruikt wordt, Saccharomyces cerevisiae, kan enkel hexoses fermenteren. Er bestaan micro-organismen die wel in staat zijn om zowel hexoses als pentoses te fermenteren, maar deze missen vaak andere belangrijke kwaliteiten. Zo is het essentieel dat het micro-organisme zo weinig mogelijk bijproducten maakt uit de suikers, dus dat het homofermentatief is. Het gebruikte micro-organisme zou ook een hoge tolerantie voor inhibitoren en ethanol moeten hebben. Een hoge productiviteit is eveneens gewenst. Een hoog rendement is een vereiste en een resistentie tegen microbiële contaminatie (bv. bacteriofagen) is nodig. Idealiter zou het micro-organisme zelf cellulasen en hemicellulasen produceren zodat voor hydrolyse en fermentatie slechts één micro-organisme nodig is (Nilsson, Taherzadeh et al. 2001; Taherzadeh and Karimi 2007; Vanholme, Desmet et al. 2013). Een zeer interessante kandidaat om Saccharomyces cerevisiae van de troon te stoten als ethanolproducent is Zymomonas mobilis. De bacterie zet de suikers naar ethanol om via de Entner-Doudoroff pathway met als resultaat tot 10% meer ethanol per glucose (Vanholme, Desmet et al. 2013). Een nadeel van Zymomonas is zijn onvermogen om xylose en arabinose te fermenteren, maar het bedrijf DuPont zal in de nabije toekomst in Iowa een commerciële bioethanolfabriek plaatsen nadat zij reeds in 2008 een pilot plant in Tennessee openden waarbij ze gebruik maken een gemodificeerde gist die wel xylose kan fermenteren (EPA 2009; Dupont 2013). 36

43 Een andere optie is het genetisch modificeren van Saccharomyces cerevisiae zodat deze gist ook pentoses kan fermenteren. In het laboratorium werden reeds succesvolle gemodificeerde gisten bekomen, maar op industriële schaal doorstonden de gisten de ruwere omstandigheden niet (Weber, Farwick et al. 2010). Demeke, Dietz et al. (2013) melden de ontwikkeling van een industriële Saccharomyces cerevisiae-stam die zowel hexoses als pentoses vlot fermenteert met hoge ethanolrendementen tot gevolg Strategieën voor hydrolyse en fermentatie Separate enzymatische Hydrolyse en Fermentatie (SHF) Bij separate enzymatische hydrolyse en fermentatie (SHF) wordt eerst de enzymatische hydrolyse uitgevoerd. Na het afscheiden van de niet-gehydrolyseerde vaste stoffen wordt het hydrolysaat gefermenteerd. Deze techniek heeft als voordeel dat beide processen plaatsvinden bij hun optimumtemperatuur, C voor hydrolyse en voor de fermentatie. Er is echter veel productinhibitie van de cellulasen door de opstapelende cellobiose en glucose. Bovendien is er geen ethanol aanwezig waardoor het risico op contaminatie hoger is. (Taherzadeh and Karimi 2007) Simultane Saccharificatie en Fermentatie (SSF) Simultane saccharificatie en fermentatie (SSF) is een techniek waarbij de hydrolyse en de fermentatie gelijktijdig gebeurt. Deze techniek vertoont verschillende voordelen in vergelijking met SHF. Zo is het contaminatierisico lager dan bij SHF door de aanwezigheid van ethanol in de reactor. Er is tevens een daling van de productinhibitie omdat de gevormde glucose onmiddellijk omgezet wordt naar ethanol. Bij deze strategie is slechts één reactor nodig in de plaats van twee reactoren bij SHF met als gevolg minder investeringskosten. Nadelig aan deze strategie is de noodzaak van een compromistemperatuur tussen de temperatuursoptima voor de hydrolyse en de fermentatie. In de praktijk worden meestal gewerkt in het interval C. De enzymatische hydrolyse is hier de snelheidsbepalende stap. (Taherzadeh and Karimi 2007) Semi-Simultane Saccharificatie en Fermentatie (S-SSF) Bij semi-simultane saccharificatie en fermentatie (S-SSF) vindt er voor het toevoegen van de gist een pre-hydrolyse plaats. Na die eerste saccharificatie wordt een simultane saccharificatie en fermentatie (SSF) toegepast. De voordelen van deze strategie zijn dat de enzymatische hydrolyse eerst wordt toegepast bij de optimale temperatuur van C en dat er bij het begin van de fermentatie reeds een hoge concentratie aan glucose aanwezig is. Op die manier wordt de snelheid van het proces niet bepaald door de enzymatische omzetting. De bekomen ethanolconcentratie en productiviteit bij S-SSF zijn hoger in vergelijking met SSF en SHF. 37

44 [1] Procescondities: tijd, temperatuur en enzymdosage Er is een grote diversiteit aan bronnen in verband met de enzymatische hydrolyse en fermentatie. Allen gebruiken ze andere enzymdosages, reactietijden, droge stofgehaltes en strategieën. Chen, Venditti et al. (2012) melden dat uit conferentiepapiers besloten kan worden dat een enzymdosage van 4-5 FPU/g droge stof of lager nodig is voor een economisch attractief proces. De papers behandelen eveneens een breed aanbod aan soorten papier met uiteenlopende composities. Hieronder worden twee voorbeelden besproken. Chen, Venditti et al. (2012) bereiken bij een drogestofgehalte van 5% en een enzymdosage van 4 FPU/g ds een suikerrendement van 52,5% door enzymatische hydrolyse van kopieerpapier. Elliston, Collins et al. (2013) voerden een S-SSF uit op kopieerpapier waarbij gedurende 12 uur een pre-hydrolyse uitgevoerd wordt bij 50 C. De enzymdosage is 3,7 FPU/g ds. De gist wordt toegevoegd en de SSF-stap wordt gedurende 396 uur uitgevoerd bij 30 C. Het substraat wordt toegevoegd in 26 addities. Er wordt een ethanolconcentratie bekomen van 11,6% (v/v) bij een drogestofgehalte van 65% (w/v). Dit betekent een rendement van 54% (v/v). Een pre-hydrolyse van 24 uur levert een hogere ethanolconcentratie en productiviteit op ten opzichte van een pre-hydrolysestap van 12 uur (Shen and Agblevor 2010). [2] Gist De NREL-procedure SSF Experimental Protocols Lignocellulosic Biomass Hydrolysis and Fer (Dowe and McMillan 2001) behandelt de SSF-procedure voor lignocelluloserijke biobrandstoffen. Hierin wordt vermeld dat de gist Saccharomyces cerevisiae D 5 A wordt toegevoegd in de reactor tot een optische densiteit bij 600 nm (OD 600 ) van 0,5. Een OD 600 gelijk aan 1 komt overeen met ongeveer 3x10 7 cellen/ml, een OD 600 van 0,5 is dus een gistconcentratie van 1,5x10 7 cellen/ml. Fermentis produceert een Saccharomyces cerevisiae-stam met productnaam Ethanol Red die tolerant is aan hoge ethanolgehaltes en die speciaal ontwikkeld werd voor fermentatie bij hoge drogestofgehaltes. Deze producent raadt aan 0,91 tot 1,81 kg droge gist toe te voegen per 1000 liter. Dit komt overeen met 1,8-3,6x10 7 cellen/ml (Fermentis 2012). [3] Surfactantia Reeds veel onderzoek werd uitgevoerd naar de effecten van surfactantia op de enzymatische hydrolyse. Ooshima, Sakata et al. (1986) onderzochten de effecten van niet-ionische, amfotere, kationische en anionische surfactantia. Deze laatsten dragen niet bij tot een betere enzymatische hydrolyse in tegenstelling tot de drie andere types. Het niet-ionische surfactant was het effectiefst. De saccharificatie van 5% ds Avicel bij 1% Tween 20 (op drogestofbasis) 38

45 leverde 35% meer omzetting op. Kim, Kim et al. (2007) toonden aan dat de omzetting bij toevoeging van Tween 80 7% hoger lag dan de omzetting bij toevoeging van Tween 20. Er werd in dit onderzoek 0,5% surfactant toegevoegd op basis van droge stof. Bij een enzymdosage van 8,85 FPU/g ds stijgt de digesteerbaarheid met 37% bij toevoeging van 0,5% Tween 80. Een hogere surfactantconcentratie levert geen extra verbetering in digesteerbaarheid op. (Park, Takahata et al. 1992). De positieve effecten van surfactanten kunnen verklaard worden door hun tussenkomst in enzym-substraatinteracties. Enzymen kunnen niet-productief binden aan de aanwezige lignine door hydrofobe interacties. Eriksson, Borjesson et al. (2002) concludeerden dat het belangrijkste verklarende mechanisme is dat de hydrofobe delen van niet-ionische surfactantia aan de hydrofobe regio s van de lignine binden waardoor de enzymen niet langer op lignine kunnen binden. Aangezien echter ook bij het ligninevrije Avicel een verbetering van de digesteerbaarheid bekomen werd door het toevoegen van surfactantia moet er nog een ander mechanisme aanwezig zijn Proces bij hoge drogestofgehalte Het uitvoeren van het proces bij hoge drogestofgehaltes is noodzakelijk om een efficiënte distillatie te kunnen uitvoeren. Een ethanolconcentratie van meer dan 4% is gewenst wat betekent dat een suikerconcentratie van meer dan 80 g/l nodig is. Dit betekent dat een drogestofgehalte van 20% nodig is bij de meeste biomassa (Larsen, Ostergaard Petersen et al. 2008). Bovendien kunnen kleinere reactoren gebruikt worden en is er een lager waterverbruik dan bij lage drogestofgehaltes. Hoge drogestofgehaltes hebben wel een aantal belangrijke limitaties (Figuur 24). Figuur 24 Limitaties van het proces bij hoge drogestofgehaltes. Aangepast uit Koppram, Tomás-Pejó et al. (2013) 39

46 Tijdens de voorbehandeling kunnen inhibitoren gevormd worden (zie en ). Bij hoge drogestofconcentraties loopt ook de concentratie van deze inhibitoren op. S-SSF is nodig om productinhibitie van de enzymen te vermijden. Ook hun concentratie is immers hoger bij hoge drogestofgehaltes. Op Figuur 25 is te zien hoe bij een stijgend drogestofgehalte het rendement van de saccharificatie daalt. Dit is mogelijk te wijten aan inhibitie (Jorgensen, Vibe-Pedersen et al. 2007). Figuur 25 Omzetting van cellulose ( ) en hemicellulose ( ) op basis van de hoeveelheid cellulose en hemicellulose oorspronkelijk aanwezig. Aangepast uit Jørgensen, Vibe-Pedersen et al. (2007) Bovendien hebben de enzymen water nodig om de cellulose om te zetten in glucose en bij hoge droge stofgehaltes is het beschikbare water beperkt. Water is eveneens nodig voor diffusie van de enzymen, nutriënten en producten. De aanwezigheid van wateroplosbare suikers verlaagt het percentage beschikbaar water voor de enzymen. (Koppram, Tomás-Pejó et al. 2013). Zoals eerder besproken in Inhibitie van Saccharomyces cerevisiae (p. 34) kan ook de gist negatieve effecten ondervinden van de hoge suiker- en ethanolconcentratie omwille van respectievelijk de verhoogde osmotische druk en de verminderde integriteit van het celmembraan. Een lignocelluloseslurrie is bij hoge drogestofgehaltes zeer viskeus omwille van de lage dichtheid en sterke hygroscopiciteit. Dit geeft problemen bij het mixen waardoor er geen homogene menging bekomen wordt en de cellulose, de hemicellulose, de enzymen, de vrijgestelde suikers, nutriënten en de gist niet ideaal met elkaar in contact komen. De warmtetransfer van een verwarmingsmantel naar de massa verloopt minder efficënt. Een betrouwbare ph-meting wordt ook bemoeilijkt door het viskeuze product. Een reactor waarbij rekening gehouden wordt met de viskeuze eigenschappen van de slurrie is noodzakelijk voor een efficiënt proces. (Koppram, Tomás-Pejó et al. 2013). Een hoger drogestofgehalte en 40

47 grotere viscositeit betekent immers dat een groter vermogen nodig is om de slurrie efficiënt te kunnen mengen. Naarmate de hydrolyse vordert en de vervloeiing toeneemt, wordt menging makkelijker (Fan, South et al. 2003). Grote afschuifsnelheden veroorzaken denaturatie en/of desactivatie van de enzymen (Cao and Tan 2004). Dergelijke grote afschuifsnelheden zijn echter niet nodig om tot een goede menging te komen. Een goede keuze van reactor kan hierin bijdragen. Een goed voorbeeld is de tuimelreactor (Figuur 26). Deze reactor bestaat uit een horizontale ton met daarin centraal een as. De ton is onderverdeeld in meerdere kamers en op de as staan drie peddels per kamer. Tijdens het proces wordt de rotatierichting van de as om de twee minuten gewisseld. Zelfs bij lage rotatiesnelheden wordt een goede menging bekomen. Tijdens de rotatie wordt de biomassa opgeschept door de peddels die naar boven draaien waarna de biomassa weer naar beneden valt. Jørgensen, Vibe-Pedersen et al. bekwamen met deze reactor bij een drogestofgehalte van 40% tarwestro en een enzymdosage van 7 FPU/g ds een ethanol-concentratie van 47,7 g/kg (Jorgensen, Vibe-Pedersen et al. 2007). Figuur 26 Tuimelreactor met 5 kamers. (Jørgensen, Vibe-Pedersen et al. 2007) 41

48 7 Materialen en methoden 7.1 Processchaal Reagentia en materialen Papier Het gebruikte papier en karton werd ingezameld door SITA, een bedrijf gespecialiseerd in afvalbeheer. Het werd buiten overdekt bewaard in samengeperste balen. Het ingezamelde papier en karton werd op verschillende manieren voorbehandeld om de enzymatische hydrolyse tot fermenteerbare suikers te optimaliseren Tween 80 Tween 80 (Figuur 27) is de merknaam van polysorbaat 80 met een moleculair gewicht van 1,310 dalton met 20 ethyleenoxide-eenheden, 1 sorbitol en 1 cis-9-octadeceenzuur als belangrijkste primaire vetzuur. Het product heeft een surfactantwerking en is sterk viskeus. Tween 80 is oplosbaar in water. Figuur 27 Structuur van Tween Accellerase Trio Accellerase Trio is een enzymcocktail ontwikkeld door Dupont voor de productie van hernieuwbare brandstoffen en chemicaliën uit lignocellulose. De enzymen worden geproduceerd door een genetische gemodificeerde schimmel Trichoderma reesei. Die wordt na de fermentatie afgedood, maar niet uit het enzymmengsel verwijderd. Op die manier wordt voorzien in de nutriënten voor de micro-organismen die gebruikt worden voor de fermentatie van de suikers vrijgesteld uit de biomassa. De aanwezige enzymen hebben een optimale werking bij een temperatuur van 50 C en bij ph 4,8. De cocktail bevat endoglucanasen, exoglucanasen, β-glucosidasen en hemicellulasen. De activiteit van cellulasen wordt uitgedrukt in Filter Paper Unit (FPU). Één FPU is de hoeveelheid enzym die 2 mg glucose equivalent produceert uit 50 mg Whatman Filter Paper in 60 minuten. De enzymcocktail heeft een activiteit van 43 kfpu/l Ethanol Red Ethanol Red is een Saccharomyces cerevisiae-stam met een hoge ethanoltolerantie. De gist wordt geproduceerd door Lesaffre en heeft de status van Generally Recognized As Safe (GRAS). Een fermentatietemperatuur van C is mogelijk. De droge gist heeft een 42

49 drogestofgehalte van 94-96,5% en bevat meer dan 20x10 9 levende cellen/g. Hij wordt vacuümverpakt en bewaard bij 4 C tot gebruik Procesapparatuur Pulper reactor De pulper reactor (Figuur 28) is een dubbelwandige tank met een inhoud van 1800 liter. Er is een snelroterend snijmes aanwezig in de tank. In de tank bevindt zich ook een rigide roerwerk met schrapers. De rotatiesnelheid van het roerwerk kan naar wens aangepast worden. De krachtige motors van het mes en het roerwerk maken dat deze reactor ideaal is voor het verkleinen van biomassa in zware suspensies. Door de dubbele wand is het mogelijk om zowel te koelen als op te warmen (met warm water tot 95 C) zodat een perfecte temperatuur in de tank kan gegarandeerd worden. De technische specificaties van de pulper reactor zijn terug te vinden in Tabel 6. Tabel 6 Technische specificaties pulper reactor Volume 1800 L (ø 166 cm) Bedrijfsdruk Atmosferisch Bedrijfsdruk mantel Max. 4 barg Motor 43 kw Diameter mes 40 cm Rotatiesnelheid Max. 900 rpm Tipsnelheid Max. 18 cm/s Figuur 28: Pulper reactor Getande colloïdmolen (FrymaKoruma MZ80 en MZ100) De getande colloïdmolen (Figuur 29) kan gebruikt worden voor nat malen van slurries van hoog-viskeuze suspensies en emulsies. Er vindt een mechanische verkleining van deeltjes of vezels plaats door het toepassen van grote afschuifkrachten. In het toestel bevindt zich een bewegende rotor en een stator. Door de afstand tussen rotor en stator aan te passen kan de 43

50 mate waarin de deeltjes mechanisch verkleind worden ingesteld worden. De technische specificaties zijn terug te vinden in Tabel 7. Figuur 29 Colloïdmolen Tabel 7 Technische specificaties getande colloïdmolen MZ80 MZ100 Capaciteit kg/uur kg/uur Productfijnheid µm µm Aandrijving 5,5 kw 5,5 kw Maalopening Traploos instelbaar Traploos instelbaar Dimensies Hoogte Lengte Breedte Massa 330 mm 680 mm 360 mm 100 kg 330 mm 680 mm 360 mm 100 kg Jetcooker De jetcooker (Figuur 30) wordt gebruikt om zeer snel vloeibare producten met een relatief hoge viscositeit op te warmen tot een hoge temperatuur (max. 160 C). Deze temperatuur wordt aangehouden tot flashen in een tank waar atmosferische druk heerst. Dit principe kan gebruikt worden om fibreuze producten beter beschikbaar te maken voor enzymreactie. Er vindt een directe stoominjectie plaats zodat er een snelle en homogene opwarming van het en pasteurisatie van het product bekomen wordt. Het koppelingsbord maakt het mogelijk om verschillende configuraties van kolommen te gebruiken om een langere of kortere verblijftijd te bekomen. In Tabel 8 worden alle technische specificaties van de jetcooker opgelijst. 44

51 Tabel 8 Technische specificaties jetcooker Max. capaciteit injector 300 kg/h stoom met 4 barg verstuivende stoom drukval Max. flow product 50 L/min met een 4 barg drukval Bedrijfsdruk 6-8 barg (max. 10 barg op mantel) Injector dimensies: Diameter verstuiver 3 mm Inlaat voeding 35 mm Uitlaat 60 mm Figuur 30: Diagram jetcooker Geroerde tanks Deze vier geroerde tanks (Figuur 31) hebben elk een volume van 8340 L. De tanks zijn uitgerust met een roerwerk aangedreven door een 1,2 of 2,2 kw motor. Ze zijn geïsoleerd door de aanwezigheid van een dubbele wand waar warmwater of koelwater door gestuurd kan worden. Tabel 9 Technische specificaties geroerde tanks Volume (bruto/netto) 8873/8340 L Dimensies ø 1660mm x 3900 mm Bedrijfsdruk Atmosferisch Bedrijfstemperatuur C Volume mantel 165 L Bedrijfsdruk mantel Max. 3 bar Roerwerk 3 ankerroerders Motor 1,2/2,2 kw Snelheid roerwerk 17/35 rpm Minimale volume voor menging 1000 L 45

52 Figuur 31: Geroerde tanks Decantercentrifuge (Alfa Laval NX416) De decantercentrifuge (Figuur 32) wordt gebruikt voor het afscheiden van vaste stoffen uit een suspensie. De scheiding vindt plaats in een horizontale cilindrische kom uitgerust met een schroeftransporteur. De voeding wordt in de kom geleid door een stationaire inlaatbuis en gelijkmatig versneld door een inlaatrotor. Centrifugale krachten veroorzaken sedimentatie van de vaste stof aan de wand van de kom. De transporteur roteert in dezelfde richting als de kom, maar op een andere snelheid, en brengt de vaste stoffen naar het conische einde. Deze vaste stoffen worden van de vloeistof getild. De capillaire vloeistof wordt vervolgens centrifugaal afgevoerd. Scheiding vindt plaats over de gehele lengte van het cilindrische gedeelte van de kom. De geklaarde vloeistof verlaat de kom door het overstromen van verstelbare plaatdammen in de behuizing. In Tabel 10 worden de technische specificaties van de decantercentrifuge vermeld. Tabel 10 Technische specificaties decantercentrifuge Diameter kom 353 mm Snelheid kom Max rpm Max. differentiële rotatiesnelheid 16,5 rpm G-kracht Max g Komlengte 1160 mm Motor 30 kw Figuur 32: Decantercentrifuge 46

BIORAFFINAGE ALGEN/ BIOBRANDSTOFFEN. Johan van Groenestijn

BIORAFFINAGE ALGEN/ BIOBRANDSTOFFEN. Johan van Groenestijn BIORAFFINAGE ALGEN/ BIOBRANDSTOFFEN Johan van Groenestijn johan.vangroenestijn@tno.nl Biobased Economy In de Biobased Economy wordt biomassa gebruikt voor de productie van energie, transportbrandstoffen,

Nadere informatie

Agenda. 2 de Gen BE. Voortgangsvergadering 3 TETRA projecten. 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel

Agenda. 2 de Gen BE. Voortgangsvergadering 3 TETRA projecten. 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel Voortgangsvergadering 3 TETRA projecten 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel 80166 Bio-ethanol uit lignocellulose grondstoffen beschikbaar in Vlaanderen Agenda - Tweede generatie

Nadere informatie

VaLiCel. Voortgangsvergadering 1 TETRA projecten. 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel

VaLiCel. Voortgangsvergadering 1 TETRA projecten. 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel Voortgangsvergadering 1 TETRA projecten Resultaten: 1 januari 31 april 2009 VaLiCel 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel 80166 Bio-ethanol uit lignocellulose grondstoffen beschikbaar

Nadere informatie

Leerlingenhandleiding

Leerlingenhandleiding Leerlingenhandleiding Afsluitende module Alternatieve Brandstoffen - Chemie verdieping - Ontwikkeld door dr. T. Klop en ir. J.F. Jacobs Op alle lesmaterialen is de Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk

Nadere informatie

De rol van biomassa in de energietransitie Inleiding Debat 22 nov 2017

De rol van biomassa in de energietransitie Inleiding Debat 22 nov 2017 Jan Peter Nap Hanze Research Energy De rol van biomassa in de energietransitie Inleiding Debat 22 nov 2017 Energietransitie 2 Er staat veel op het spel Klimaatverandering - CO 2, opwarming, milieu, afspraken

Nadere informatie

Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Alternatieve brandstoffen

Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Alternatieve brandstoffen Afsluitende les Leerlingenhandleiding Alternatieve brandstoffen Inleiding Deze chemie-verdiepingsmodule over alternatieve brandstoffen sluit aan op het Reizende DNA-lab Racen met wc-papier. Doel Het Reizende

Nadere informatie

Bio-energie ketens: ethanol

Bio-energie ketens: ethanol Bio-energie ketens: ethanol Rob Bakker Business Unit Biobased Products Agrotechnology & Food Innovations Wageningen UR robert.bakker@wur.nl Overzicht Wat is ethanol? Eigenschappen Welke ketens? Huidige

Nadere informatie

RACEN met... WC-papier

RACEN met... WC-papier RACEN met... WC-papier 1 Fossiele Brandstoffen Nadelen 1) Voorraden zijn eindig. 2) Afhankelijkheid van oliestaten 3) Bij verbranding komen broeikasgassen vrij: CO2/NOx/CH4 1000 1500 2000 2 Fossiele Brandstoffen

Nadere informatie

Biobrandstoffen: Hype of duurzame oplossing? Prof. Wim Soetaert

Biobrandstoffen: Hype of duurzame oplossing? Prof. Wim Soetaert Biobrandstoffen: Hype of duurzame oplossing? Prof. Wim Soetaert 1 Fossiele grondstoffen worden steeds duurder Petroleumprijs in dollar per vat Hernieuwbare grondstoffen: opbrengst per ha stijgt voortdurend

Nadere informatie

Van biofuels naar biobased

Van biofuels naar biobased Van biofuels naar biobased PPA-dag, 11 maart 2010, Delft Rolf Blaauw Wageningen Universiteit en Researchcentrum Food & Biobased Research Inhoud Introductie De chemische industrie nu Chemicaliën uit biomassa

Nadere informatie

Reactie visiedocument: Duurzame bio-economie 2030

Reactie visiedocument: Duurzame bio-economie 2030 Reactie visiedocument: Duurzame bio-economie 2030 Prof. dr. M.B. Katan, Prof. dr ir R. Rabbinge & Prof. dr. L.E.M. Vet Bijeenkomst Commissie Corbey / Utrecht, 16 januari 2015 1 Light use efficiency: terrestrial

Nadere informatie

Valorisatie van gerecycleerd papier en nevenstromen

Valorisatie van gerecycleerd papier en nevenstromen Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen Academiejaar 2013 2014 Valorisatie van gerecycleerd papier en nevenstromen Ilse Vanhoutte Promotor: Dr. Ingeborg Stals Tutor: Jeroen De Mey Masterproef voorgedragen

Nadere informatie

Cellulomonas knipt! Aantonen van cellulose afbraak door Cellulomonas sp.

Cellulomonas knipt! Aantonen van cellulose afbraak door Cellulomonas sp. Aantonen van cellulose afbraak door Cellulomonas sp. Inleiding In de hout en papierindustrie ontstaat veel afval in de vorm van cellulose. Als men dit zou kunnen verwerken tot veevoer, wordt waardeloos

Nadere informatie

Biobased Economy. Wageningen UR Food & Biobased Research. Windesheim 3 december, Ben van den Broek

Biobased Economy. Wageningen UR Food & Biobased Research. Windesheim 3 december, Ben van den Broek Biobased Economy Wageningen UR Food & Biobased Research Windesheim 3 december, Ben van den Broek Wageningen UR Food & Biobased Research Wageningen UR Universiteit Onderzoeksinstituten Wageningen UR Food

Nadere informatie

Biobased Economy: van groene grondstoffen naar biobased materialen

Biobased Economy: van groene grondstoffen naar biobased materialen Biobased Economy: van groene grondstoffen naar biobased materialen Wageningen UR Food & Biobased Research Fontys, 24 februari 2014, L.A.M. (Ben) van den Broek Wageningen UR Food & Biobased Research Wageningen

Nadere informatie

Gisten en ethanolproductie met C-6-suikers

Gisten en ethanolproductie met C-6-suikers Gisten en ethanolproductie met C-6-suikers 2 PB-CB Stephanie Jordaens Sara Van Hoven Sam Van Bouwel Nathalie De Smet Salima El Boujeddaini Doel: bepalen welke oorsprong van gist de verschillende suikers

Nadere informatie

VaLiCel (2) VOORBEHANDELING VAN BIOMASSA VOOR ENZYMATISCHE HYDROLYSE TOT VERGISTBARE SUIKERS

VaLiCel (2) VOORBEHANDELING VAN BIOMASSA VOOR ENZYMATISCHE HYDROLYSE TOT VERGISTBARE SUIKERS Voortgangsvergadering 2 TETRA projecten 80108 Valorisatie van (ligno-)cellulose reststromen - VaLiCel 80166 Bio-ethanol uit lignocellulose grondstoffen beschikbaar in Vlaanderen 1 VaLiCel (2) VOORBEHANDELING

Nadere informatie

zonweringsdoeken gemaakt van planten THE FIRST SUNSCREEN FABRIC IN THE WORLD WITH CRADLE TO CRADLE CERTIFIED GOLD

zonweringsdoeken gemaakt van planten THE FIRST SUNSCREEN FABRIC IN THE WORLD WITH CRADLE TO CRADLE CERTIFIED GOLD zonweringsdoeken gemaakt van planten THE FIRST SUNSCREEN FABRIC IN THE WORLD WITH CRADLE TO CRADLE CERTIFIED GOLD M + N PROJECTEN ONTWIKKELDE EEN NIEUWE GENERATIE ZONWERINGSDOEKEN, DIE DE HUIDIGE MATERIALEN

Nadere informatie

Introductie Biobased Economy

Introductie Biobased Economy Introductie Biobased Economy Ontwikkelcentrum, Ede 3 Maart 2014 Ben van den Broek Wageningen UR Food & Biobased Research Wageningen UR Universiteit Onderzoeksinstituten Wageningen UR Food & Biobased Research

Nadere informatie

Biobrandstoffenfabriek Hardenberg. Innovatie en duurzaamheid

Biobrandstoffenfabriek Hardenberg. Innovatie en duurzaamheid Biobrandstoffenfabriek Hardenberg Innovatie en duurzaamheid Presentatie voor het Kenniscentrum Papier en Karton Bio Rights B.V. 11 december 2012 1 Inhoud van de presentatie Biobrandstoffenfabriek Hardenberg

Nadere informatie

Rotie: Cleaning & Services Amsterdam: Tankstorage Amsterdam: Orgaworld: Biodiesel Amsterdam:

Rotie: Cleaning & Services Amsterdam: Tankstorage Amsterdam: Orgaworld: Biodiesel Amsterdam: Rotie maakt onderdeel uit van de Simadan Groep. De Simadan Groep is een wereldwijd uniek industrieel ecosysteem waarin bij het verwerken van organische reststromen en frituurvet geen bruikbare energie

Nadere informatie

Energie uit bintjes en bieten 1981 een doodlopende weg

Energie uit bintjes en bieten 1981 een doodlopende weg Energie uit bintjes en bieten 1981 een doodlopende weg Prof. dr ir R. Rabbinge Prov. Gelderland / Arnhem, 19 oktober 2015 1 Bio-fuel in historisch perspectief ethanol Energie uit Bieten en Bintjes, Chemisch

Nadere informatie

Compact Plus biogasinstallatie, Lierop, 600 kw

Compact Plus biogasinstallatie, Lierop, 600 kw Hoe maak je biogas? Inhoud presentatie Wie en wat is Biogas Plus? Hoe werkt een biogasinstallatie? Voor wie is een biogasinstallatie interessant? Is een biogasinstallatie duurzaam? Zijn subsidies nodig?

Nadere informatie

BIOFUELS: ZIN EN ONZIN

BIOFUELS: ZIN EN ONZIN BIOFUELS: ZIN EN ONZIN KIVI NIRIA 2010 F. Goudriaan and J.E. Naber (BIOFUEL BV) 1 HTU 2005 ONZIN: ONZIN: STOPPEN MET BIOBRANDSTOFFEN Vragen van het lid De Mos (PVV) aan de minister van Volkshuisvesting,

Nadere informatie

Bio-ethanol: nu en in de toekomst

Bio-ethanol: nu en in de toekomst Bio-ethanol: nu en in de toekomst Rob Bakker Business Unit Biobased Products Agrotechnology & Food Innovations Wageningen UR robert.bakker@wur.nl Overzicht Introductie Bioethanol ethanol als brandstof

Nadere informatie

Een mengsel van lucht, hete verbrandingsgassen en kleine deeltjes vaste stof In rook zitten ook soms vonken

Een mengsel van lucht, hete verbrandingsgassen en kleine deeltjes vaste stof In rook zitten ook soms vonken Hoofdstuk 5 In vuur en vlam 5.1 Brand! Voorwaarden voor verbranding Ontbrandingstemperatuur De temperatuur waarbij een stof gaat branden De ontbrandingstemperatuur is ook een stofeigenschap. Er zijn drie

Nadere informatie

(Fermenteren) ECP technologie beschrijving. Proces: Anaerobe (Droge) vergisting

(Fermenteren) ECP technologie beschrijving. Proces: Anaerobe (Droge) vergisting ECP technologie beschrijving Proces: Anaerobe (Droge) vergisting (Fermenteren) Functie : Het produceren van biogas uit GFT (Groente, Fruit & Tuin afval) en anderere relatief drogesubstraten zoals bermaaisel

Nadere informatie

Klimaatverandering en onze voedselzekerheid

Klimaatverandering en onze voedselzekerheid Klimaatverandering en onze voedselzekerheid Prof. Dr. Martin Kropff Rector Magnificus Wageningen University Vice-president Raad van Bestuur Wageningen UR Ons klimaat verandert Ons klimaat verandert Oplossingsrichtingen

Nadere informatie

Toekomstige Biobased Materialen. Dr Harriëtte Bos Wageningen UR, Biobased Products

Toekomstige Biobased Materialen. Dr Harriëtte Bos Wageningen UR, Biobased Products Toekomstige Biobased Materialen Dr Harriëtte Bos Wageningen UR, Biobased Products Geld verdienen met biomaterialen 23 november 2011 Groene grondstoffen in non-food toepassingen Zo oud als de mensheid!

Nadere informatie

Duurzame Industrie. De overgang naar een circulaire en een CO2-vrije industrie

Duurzame Industrie. De overgang naar een circulaire en een CO2-vrije industrie Duurzame Industrie De overgang naar een circulaire en een CO2-vrije industrie De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt De verduurzaming van Nederland en van de industrie vraagt onder andere

Nadere informatie

Inspiratie- en referentieprojecten ontwerpopdracht biotechniek

Inspiratie- en referentieprojecten ontwerpopdracht biotechniek Inspiratie- en referentieprojecten ontwerpopdracht biotechniek Biotechniek Biotechniek: een overzicht Biotechniek: een overzicht Biotechniek: een overzicht Biotechniek: een overzicht Biotechniek Life sciences

Nadere informatie

Biobased Economy. Wageningen UR Food & Biobased Research. Zuyd Hogeschool, 12 december 2013, Ben van den Broek

Biobased Economy. Wageningen UR Food & Biobased Research. Zuyd Hogeschool, 12 december 2013, Ben van den Broek Biobased Economy Wageningen UR Food & Biobased Research Zuyd Hogeschool, 12 december 2013, Ben van den Broek Wageningen UR Food & Biobased Research Wageningen UR Universiteit Onderzoeksinstituten Wageningen

Nadere informatie

Biodieselproductie uit palmolie en jatropha in Peru en impact voor duurzaamheid.

Biodieselproductie uit palmolie en jatropha in Peru en impact voor duurzaamheid. Biodieselproductie uit palmolie en jatropha in Peru en impact voor duurzaamheid. Een Levens Cyclus Duurzaamheids Analyse Auteur: Baukje Bruinsma November 2009 Samenvatting. Door het verbranden van fossiele

Nadere informatie

Agri Investment Fund. Studienamiddag Bio Economie 9 November 2015. Marc Rosiers Nicolas De Lange

Agri Investment Fund. Studienamiddag Bio Economie 9 November 2015. Marc Rosiers Nicolas De Lange Agri Investment Fund Studienamiddag Bio Economie 9 November 2015 Marc Rosiers Nicolas De Lange Inhoudstafel 1. Agri Investment Fund 2. Actiedomeinen FromFarm tofood Smart Farming Sustainable Farming Biobased

Nadere informatie

GRENZELOOS BIOBASED ONDERWIJS

GRENZELOOS BIOBASED ONDERWIJS GRENZELS BIBASED NDERWIJS Met onderwijs naar duurzame toekomst Inspiratiedag@HGENT 1 februari 2019 Ruben Guisson ruben.guisson@vito.be Project Manager Team Biobased Economy VIT NV Boeretang 200 2400 Mol

Nadere informatie

De Weende-analyse bij veevoeding. Scheikunde voor VE41, Auteur: E. Held; bewerkt : door H. Hermans

De Weende-analyse bij veevoeding. Scheikunde voor VE41, Auteur: E. Held; bewerkt : door H. Hermans De Weende-analyse bij veevoeding Scheikunde voor VE41, 2017-2018 Auteur: E. Held; bewerkt : door H. Hermans Weende-analyse: DS-gehalte Droge stof (DS): Het materiaal dat overblijft als, door verwarming

Nadere informatie

Bioraffinagesite Renkum-Wageningen

Bioraffinagesite Renkum-Wageningen Bioraffinagesite Renkum-Wageningen Inventarisatie mogelijke keten activiteiten Paulien Harmsen (WUR-FBR) met medewerking van Steef Lips (WUR-FBR), Edwin Bosma(NSP), Erwin Schuitema (NSP) en Joep Koene

Nadere informatie

Byosis Group. oplossingen voor vergisters; maisraffinage. Datum: September 2012

Byosis Group. oplossingen voor vergisters; maisraffinage. Datum: September 2012 Byosis Group oplossingen voor vergisters; maisraffinage Door: René Oudman Datum: September 2012 Bedrijf Byosis is opgericht in 2007. Technologie ontwikkeld samen met Wageningen Universiteit. Oprichters:

Nadere informatie

Dicht bij huis meer rendement halen uit gras, maïs en andere eiwitbronnen

Dicht bij huis meer rendement halen uit gras, maïs en andere eiwitbronnen Dicht bij huis meer rendement halen uit gras, maïs en andere eiwitbronnen Heusden, 11 en 12 september 2014 Prof. Dr. J.P.M. (Johan) Sanders Biobased Commodity Chemicals (BCH) De nieuwe uitdaging voor biomassa

Nadere informatie

Toekomstverkenning mogelijkheden recycling reststromen uit voedselverwerkende industrie

Toekomstverkenning mogelijkheden recycling reststromen uit voedselverwerkende industrie Toekomstverkenning mogelijkheden recycling reststromen uit voedselverwerkende industrie donderdag 24 september, 2015 Agrivizier Jan-Henk Welink, ww.duurzaamgrondstoffenbeheer.nl, 015 278 9205, j.h.welink@tudelft.nl

Nadere informatie

Bijproducten: Grondstoffen Van Waarde

Bijproducten: Grondstoffen Van Waarde Themadag Ketenkennis is Ketenkracht Bijproducten: Grondstoffen Van Waarde TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie ir. P.S.R. Kosters Opbouw presentatie Drie hoofdrichtingen van onderzoek door TNO naar hergebruik

Nadere informatie

De noodzaak van het statuut van bijproducten voor de voedingsindustrie

De noodzaak van het statuut van bijproducten voor de voedingsindustrie De noodzaak van het statuut van bijproducten voor de voedingsindustrie 4 de Vlaamse afval- en materialencongres 06.04.11 Inhoud Voorstelling FEVIA / voedingsindustrie Voedingscyclus Huidige situatie Art

Nadere informatie

E85 rijdende flexifuel auto uitstoot ten gevolge van de aanwezigheid van benzine in de brandstof.

E85 rijdende flexifuel auto uitstoot ten gevolge van de aanwezigheid van benzine in de brandstof. Energielabel auto Personenwagens moeten voorzien zijn van een zogenaamd energielabel. Deze maatregel is ingesteld om de consument de mogelijkheid te geven om op eenvoudige wijze het energieverbruik van

Nadere informatie

Biobased producten uit resthout

Biobased producten uit resthout Biobased producten uit resthout Tijs Lammens, Bio-energiedag Overijssel Your partner in the bioeconomy Inhoud Verschillende perspectieven van hout Over biobased producten: materialen vs. chemicaliën Biomassa

Nadere informatie

NL In verscheidenheid verenigd NL A7-0279/123. Amendement. Amalia Sartori namens de Commissie industrie, onderzoek en energie

NL In verscheidenheid verenigd NL A7-0279/123. Amendement. Amalia Sartori namens de Commissie industrie, onderzoek en energie 4.9.2013 A7-0279/123 123 Overweging 1 (1) Krachtens artikel 3, lid 4, van Richtlijn 2009/28/EG ter bevordering van het gebruik van energie uit hernieuwbare bronnen en houdende wijziging en intrekking van

Nadere informatie

2.2 De Weende-analyse bij veevoeding

2.2 De Weende-analyse bij veevoeding 2.2 De Weende-analyse bij veevoeding Scheikunde voor VE31-VE41, 2018-2019 Auteur: E. Held; bewerkt door H. Hermans : Hoofdstuk 2 De Weende-analyse (presentatie) 1 Bij het oprispen boeren komt methaan (CH4)

Nadere informatie

kunststofindustrie naar Geert Scheys

kunststofindustrie naar Geert Scheys Transitie van de kunststofindustrie naar duurzame ontwikkeling Geert Scheys FEDERPLAST.BE Producenten van kunststof- en rubberartikelen LEDEN Agoria & Essenscia 236 effectieve leden (producenten) 18 aangesloten

Nadere informatie

NLTC-v225 Food or Fuel?

NLTC-v225 Food or Fuel? 2 NLTC-v225 Food or Fuel? Colofon De module Food or Fuel is bestemd voor de lessen Natuur, Leven en Technologie (NLT). De module is op 10 december 2009 gecertificeerd door de Stuurgroep NLT voor gebruik

Nadere informatie

Bioethanol in den Niëderlanden

Bioethanol in den Niëderlanden Bioethanol in den Niëderlanden Nationale Ziele und Bioethanol für Mobilität Age van der Mei 13 december 2007 DUINN Age van der Mei. Dit werk is auteursrechtelijk beschermd. Niets uit dit stuk mag worden

Nadere informatie

Paragraaf 1: Fossiele brandstoffen

Paragraaf 1: Fossiele brandstoffen Scheikunde Hoofdstuk 2 Samenvatting Paragraaf 1: Fossiele brandstoffen Fossiele brandstof Koolwaterstof Onvolledige verbranding Broeikaseffect Brandstof ontstaan door het afsterven van levende organismen,

Nadere informatie

Innovation Concepts B.V. Nieuwsbrief 2012-01 Versie NL

Innovation Concepts B.V. Nieuwsbrief 2012-01 Versie NL Algemeen Innovation Concepts B.V. is bijna twee jaar geleden opgezet door Pol Knops en Keesjan Rijnsburger. We zijn al ruim twee jaar bezig met het onderzoeken van diverse toepassingen van CO 2 binding

Nadere informatie

Samenvatting. Samenvatting

Samenvatting. Samenvatting Samenvatting De toenemende energievraag in de wereld, de uitputting en ongelijke verdeling van fossiele brandstoffen en de gevaren van klimaatverandering vormen de drijvende kracht achter de ontwikkeling

Nadere informatie

OPEN PRODUCTIE CONCEPT. BioRaf 24/10/2013 Johan Verbruggen

OPEN PRODUCTIE CONCEPT. BioRaf 24/10/2013 Johan Verbruggen OPEN PRODUCTIE CONCEPT BioRaf 24/10/2013 Johan Verbruggen Ambitie OMC 1. Ter beschikking stellen infrastructuur 2. Ter beschikking stellen van productietechnologieën/-methoden 3. Ontwikkeling van nieuwe

Nadere informatie

Biomassa. Duurzame energiebron? G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde

Biomassa. Duurzame energiebron? G.P.J. Dijkema, TU Delft, TBM, B.Sc Opleiding Technische Bestuurskunde Biomassa Duurzame energiebron? Biomassa -verwerkingsmethoden verbranding warmte komt vrij kracht, verwarming thermo-chemische conversie omzetting in gas hoogcalorisch gasmengsel quasi olieproduct ( synthetic

Nadere informatie

GREENN Co. GReen Ethanol Energy Northern Netherlands Cooperation BIO-ETHANOL. Rijden op een tank vol alcohol

GREENN Co. GReen Ethanol Energy Northern Netherlands Cooperation BIO-ETHANOL. Rijden op een tank vol alcohol BIO-ETHANOL Rijden op een tank vol alcohol Rinus Rinia : Oosterhof-Holman Milieutechniek Onno van Dijk: TechnologieCentrum Noord-Nederland EU richtlijn biobrandstoffen In 2005: 2 procent substitutie In

Nadere informatie

Les Biomassa LESSENSERIE ENERGIETRANSITIE. Werkblad. Les Biomassa Werkblad. Over biomassa. Generaties biobrandstoffen

Les Biomassa LESSENSERIE ENERGIETRANSITIE. Werkblad. Les Biomassa Werkblad. Over biomassa. Generaties biobrandstoffen LESSENSERIE ENERGIETRANSITIE Les Biomassa Werkblad Les Biomassa Werkblad Niet windenergie, niet zonne- energie maar biomassa is de belangrijkste bron van hernieuwbare energie in Nederland. Meer dan 50%

Nadere informatie

Valorisatie van tarwezemelen tot tensio-actieve moleculen

Valorisatie van tarwezemelen tot tensio-actieve moleculen Valorisatie van tarwezemelen tot tensio-actieve moleculen Professor Caroline Rémond UMR FARE Fractionnement des agro-ressources et Environnement (Fractionering van landbouwhulpbronnen en Milieu) Leerstoel

Nadere informatie

Duurzame Industrie. De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt

Duurzame Industrie. De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt Duurzame Industrie De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt De verduurzaming van Nederland en van de industrie vraagt onder andere

Nadere informatie

Les Biomassa. Werkblad

Les Biomassa. Werkblad LESSENSERIE ENERGIETRANSITIE Les Biomassa Werkblad Les Biomassa Werkblad Niet windenergie, niet zonne-energie maar biomassa is de belangrijkste bron van hernieuwbare energie in Nederland. Meer dan 50%

Nadere informatie

Inhoud. » Wat is Sunbuilt? » Timing van het project. » Wat wordt geïnvesteerd? » Wat is de meerwaarde voor u?

Inhoud. » Wat is Sunbuilt? » Timing van het project. » Wat wordt geïnvesteerd? » Wat is de meerwaarde voor u? Inhoud» Wat is Sunbuilt?» Timing van het project» Wat wordt geïnvesteerd?» Wat is de meerwaarde voor u? 2 Wat is SUNBUILT?» EFRO investeringsproject:» Promotor: VITO» Copromotor K.H.Kempen/Thomas More»

Nadere informatie

Soorten brandstoffen en aandrijvingen. Alternatieve Brandstoffen. Alternatieve Brandstoffen. Enkele voorbeelden. Alternatieve aandrijvingen

Soorten brandstoffen en aandrijvingen. Alternatieve Brandstoffen. Alternatieve Brandstoffen. Enkele voorbeelden. Alternatieve aandrijvingen Soorten brandstoffen en aandrijvingen WATT Roadshow wagens, alternatieve transportmiddelen en technologie De voor- en nadelen van WATT-voertuigen Prof. Joeri Van Mierlo Conventionele brandstoffen Benzine,

Nadere informatie

FRACTIONATIE VAN ALGEN BIOMASSA ECO-EFFICIËNTE PRINCIPES VOOR SCHEIDING, ZUIVERING- EXTRACTIE VAN PROTEINEN EN ANTI-OXIDANTIA UIT ALGEN

FRACTIONATIE VAN ALGEN BIOMASSA ECO-EFFICIËNTE PRINCIPES VOOR SCHEIDING, ZUIVERING- EXTRACTIE VAN PROTEINEN EN ANTI-OXIDANTIA UIT ALGEN FRACTIONATIE VAN ALGEN BIOMASSA ECO-EFFICIËNTE PRINCIPES VOOR SCHEIDING, ZUIVERING- EXTRACTIE VAN PROTEINEN EN ANTI-OXIDANTIA UIT ALGEN Dr. Ir. Leen Bastiaens Hernieuwbare componenten VITO Not for distribution

Nadere informatie

GRONDSTOFFEN VAN DE TOEKOMST MICHIEL ADRIAANSE

GRONDSTOFFEN VAN DE TOEKOMST MICHIEL ADRIAANSE GRONDSTOFFEN VAN DE TOEKOMST MICHIEL ADRIAANSE KCPK DOORWERTH 1 FEBRUARI 2017 SIA 2020: VISIE PAPIER- EN KARTONINDUSTRIE "Papiersector is aanjager van een biomassa gebaseerde circulaire economie. We halen

Nadere informatie

Presenta/e door Jan de Kraker - 5 mei 2014. Energie in Beweging

Presenta/e door Jan de Kraker - 5 mei 2014. Energie in Beweging Presenta/e door Jan de Kraker - 5 mei 2014 Energie in Beweging Wat is Well to Wheel Met Well to Wheel wordt het totale rendement van brandstoffen voor wegtransport uitgedrukt Well to Wheel maakt duidelijk

Nadere informatie

Scheikundige begrippen

Scheikundige begrippen Scheikundige begrippen Door: Ruby Vreedenburgh, Jesse Bosman, Colana van Klink en Fleur Jansen Scheikunde begrippen 1 Chemische reactie Ruby Vreedenburgh Overal om ons heen vinden er chemische reacties

Nadere informatie

Biobrandstoffen en Bioraffinage. Rob Bakker (met bijdragen van Rolf Blaauw, Edwin Keijsers, en Ana Lopez)

Biobrandstoffen en Bioraffinage. Rob Bakker (met bijdragen van Rolf Blaauw, Edwin Keijsers, en Ana Lopez) Biobrandstoffen en Bioraffinage Rob Bakker (met bijdragen van Rolf Blaauw, Edwin Keijsers, en Ana Lopez) Overzicht Biobrandstoffen: afbakening Huidige biobrandstoffen Bioethanol Biodiesel Geavanceerde

Nadere informatie

Eindexamen vwo scheikunde pilot II

Eindexamen vwo scheikunde pilot II Bio-ethanol uit stro 20 maximumscore 3 Een juist antwoord kan als volgt zijn weergegeven: twee xylose-eenheden via de juiste OH groepen aan elkaar gekoppeld 1 de uiteinden van het fragment juist weergegeven

Nadere informatie

Eindexamen vwo scheikunde I

Eindexamen vwo scheikunde I Waterstof uit afvalwater 1 maximumscore 4 C 6 H 1 O 6 + 4 H O 4 H + CH COO + HCO + 4 H + molverhouding CH COO : HCO = 1 : 1 en C balans juist 1 coëfficiënt voor H + gelijk aan de som van de coëfficiënten

Nadere informatie

Methanol. Formule. Brandalcohol, methylalcohol. Productie. (a) Productie van synthesegas. (i) Traditionele methoden

Methanol. Formule. Brandalcohol, methylalcohol. Productie. (a) Productie van synthesegas. (i) Traditionele methoden Methanol Formule CH3OH Naam Familie Productie Brandalcohol, methylalcohol Alcoholen (a) Productie van synthesegas (i) Traditionele methoden Methanol wordt vervaardigd uit synthesegas dat een mengsel is

Nadere informatie

Fossiele brandstof kent problemen

Fossiele brandstof kent problemen Racen met wc-papier Fossiele brandstof kent problemen Broeikaseffect Global Temperature CO 2 concentration 1000 1500 2000 Year Fossiele brandstof kent problemen Het klimaat verandert De olie raakt op Oorzaak

Nadere informatie

Calendula: een (genees)krachtige en gezonde bloem

Calendula: een (genees)krachtige en gezonde bloem Calendula: een (genees)krachtige en gezonde bloem 06/09/2016 ONZE ROEPING IS HET EXTRAHEREN VAN DE RIJKDOMMEN VAN MOEDER NATUUR OP EEN VOORZICHTIGE EN DUURZAME MANIER EcoTreasures Opgericht in juli 2006

Nadere informatie

Duurzame Industrie. De overgang van energie-intensief naar energie-efficient

Duurzame Industrie. De overgang van energie-intensief naar energie-efficient Duurzame Industrie De overgang van energie-intensief naar energie-efficient De ombouw van energie-intensief naar energie-efficiënt De verduurzaming van Nederland en van de industrie vraagt onder andere

Nadere informatie

Biomassa: brood of brandstof?

Biomassa: brood of brandstof? RUG3 Biomassa: brood of brandstof? Centrum voor Energie en Milieukunde dr ir Sanderine Nonhebel Dia 1 RUG3 To set the date: * >Insert >Date and Time * At Fixed: fill the date in format mm-dd-yy * >Apply

Nadere informatie

Hoe kunnen we bioplastics recycleren?

Hoe kunnen we bioplastics recycleren? is materiaalbewust Hoe kunnen we bioplastics recycleren? SAMEN MAKEN WE MORGEN MOOIER OVAM WWW.OVAM.BE 1 Zijn 100% biogebaseerde flessen biologisch afbreekbaar? Mogen die samen met andere PET-flessen bij

Nadere informatie

Boeren met energie. 11 November 2010

Boeren met energie. 11 November 2010 Boeren met energie 11 November 2010 Wat doen wij? Ontwikkelen projecten energie uit biomassa Opzetten expertisecentrum energie uit hout droogtechnieken stookgedrag rookgasmetingen rookgasreiniging Ontwikkelen

Nadere informatie

Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Het biobrandstoffen poster project

Afsluitende les. Leerlingenhandleiding. Het biobrandstoffen poster project Afsluitende les Leerlingenhandleiding Het biobrandstoffen poster project Het biobrandstoffen poster project Biobrandstoffen; Duurzame ontwikkeling? Duurzame ontwikkeling is noodzakelijk voor het behoud

Nadere informatie

Biomassa. Pilaar in de energietransitie. Uitgangspunt voor de biobased economie

Biomassa. Pilaar in de energietransitie. Uitgangspunt voor de biobased economie Biomassa Pilaar in de energietransitie en Uitgangspunt voor de biobased economie Klimaatverandering: onze uitdaging Onze opdracht om er snel en écht iets aan te gaan doen Overeenstemming: er moet wat gebeuren!

Nadere informatie

Biomassa als grondstof voor bioraffinage

Biomassa als grondstof voor bioraffinage Biomassa als grondstof voor bioraffinage 1. Mogelijke toepassingen van biomassa Biomassa kent tal van toepassingen. Al eeuwenlang wordt het door de mens gebruikt als bron van voedsel, als voeder voor dieren,

Nadere informatie

Bovendien werkt EM- Silage broei-remmend, hierdoor ligt het rendement veel hoger. Er zijn namelijk veel minder inkuil en uitkuilverliezen.

Bovendien werkt EM- Silage broei-remmend, hierdoor ligt het rendement veel hoger. Er zijn namelijk veel minder inkuil en uitkuilverliezen. EM- Silage Doeltreffend inkuilmiddel voor een betaalbare prijs EM- Silage is een inkuilmiddel dat naast melkzuur bacteriën ook gisten bevat, dit in tegenstelling tot vele andere preparaten. Het is een

Nadere informatie

Vergistingstest BATCHTESTEN. Klant 2401/086/A1. Testsubstraat: Maisrestanten. Mystery Man

Vergistingstest BATCHTESTEN. Klant 2401/086/A1. Testsubstraat: Maisrestanten. Mystery Man Vergistingstest BATCHTESTEN 2401/086/A1 Testsubstraat: Maisrestanten Klant Mystery Man Datum: 05-Juli-2012 1 Voorwoord is een werkmaatschappij welke voornamelijk actief is in de agri-food branche en de

Nadere informatie

Winnen en bleken van papiergrondstoffen

Winnen en bleken van papiergrondstoffen 119 1 Winnen en bleken van papiergrondstoffen door M. Jennekens KNP Leykam 1. Inleiding 119 3 2. Naaldhout en loofhout 119 3 3. Winning van papiervezels 119 4 4. Secundaire vezelbron 119 5 5. Mechanische

Nadere informatie

Waar leven is, zijn ook Enzymen

Waar leven is, zijn ook Enzymen Waar leven is, zijn ook Enzymen De verschillende functies van de Enzymen zijn ontelbaar veelzijdig, net zo als bij Microorganismen, maar Enzymen zijn geen Micro organismen. Het betreft hier dus geen levende

Nadere informatie

Examentrainer. Vragen. Broeikasgassen meten in wijn. 1 Uitgeverij Malmberg. Lees de volgende tekst.

Examentrainer. Vragen. Broeikasgassen meten in wijn. 1 Uitgeverij Malmberg. Lees de volgende tekst. Examentrainer Vragen Broeikasgassen meten in wijn Lees de volgende tekst. Sterk toegenomen verbranding van organische stoffen leidt tot een verhoging van de concentratie CO 2 in de atmosfeer. Er is op

Nadere informatie

Nederland importland. Landgebruik en emissies van grondstofstromen

Nederland importland. Landgebruik en emissies van grondstofstromen Nederland importland Landgebruik en emissies van grondstofstromen Vraagstelling en invulling Welke materiaalstromen naar en via Nederland veroorzaken wereldwijd de grootste milieudruk? Klimaat, toxische

Nadere informatie

ENERGIEPRIORITEITEN VOOR EUROPA

ENERGIEPRIORITEITEN VOOR EUROPA ENERGIEPRIORITEITEN VOOR EUROPA Presentatie door de heer J.M. Barroso, Voorzitter van de Europese Commissie, voor de Europese Raad van 4 februari 2011 Inhoud 1 I. Waarom energiebeleid ertoe doet II. Waarom

Nadere informatie

Verterende bodembacteriën? Aanwezigheid van amylase producerende bacteriën in de bodem

Verterende bodembacteriën? Aanwezigheid van amylase producerende bacteriën in de bodem Inleiding In de bodem leven bacteriën die het enzym amylase produceren. Amylase breekt zetmeelmoleculen (lange ketens van aan elkaar gekoppelde glucosemoleculen) af tot losse glucosemoleculen. In dit experiment

Nadere informatie

Biobased Asfalt. Werkconferentie Topsector Energie: sessie Duurzaam dorp. Dr. Richard Gosselink

Biobased Asfalt. Werkconferentie Topsector Energie: sessie Duurzaam dorp. Dr. Richard Gosselink Biobased Asfalt Werkconferentie Topsector Energie: sessie Duurzaam dorp Dr. Richard Gosselink Wageningen UR: organizational structure Supervisory Board Executive Board Concern staff Facility Services Agrotechnology

Nadere informatie

Integraal GFT of tuin- en keukenafval apart? NVRD - 31 maart 2016 Tim Brethouwer

Integraal GFT of tuin- en keukenafval apart? NVRD - 31 maart 2016 Tim Brethouwer Integraal GFT of tuin- en keukenafval apart? NVRD - 31 maart 2016 Tim Brethouwer Inhoud Beleid Aandeel GF in GFT. Waar praten we over? Ontwikkelingen in de markt Heeft GF en T apart meerwaarde? Kwaliteit

Nadere informatie

Toelichting op de Nederlandse Roadmap Bioraffinage

Toelichting op de Nederlandse Roadmap Bioraffinage Toelichting op de Nederlandse Roadmap Bioraffinage René van Ree & Bert Annevelink Informatiebijeenkomst Innovatieagenda Energie, 3 november 2009 Inhoud presentatie introductie begrip bioraffinage Nederlandse

Nadere informatie

Voor het eerste deel van de studie (Rapport I) werd met behulp van een enquête informatie en data verkregen van mestexperts uit de Europese Unie.

Voor het eerste deel van de studie (Rapport I) werd met behulp van een enquête informatie en data verkregen van mestexperts uit de Europese Unie. Rapport I: Inventarisatie van de mestverwerkingactiviteiten in Europa Voor het eerste deel van de studie (Rapport I) werd met behulp van een enquête informatie en data verkregen van mestexperts uit de

Nadere informatie

Suikerchemie 1. Aldehyden (en ketonen) kunnen door reactie met alcoholen een hemiacetaal (eventueel hemiketaal) vormen: OH + R'-OH R- C

Suikerchemie 1. Aldehyden (en ketonen) kunnen door reactie met alcoholen een hemiacetaal (eventueel hemiketaal) vormen: OH + R'-OH R- C Suikerchemie 1 1.1 DISACCARIDEN 1.1.1 Chemische achtergrond Aldehyden (en ketonen) kunnen door reactie met alcoholen een hemiacetaal (eventueel hemiketaal) vormen: R-C + R'- R- C R' aldehyd + alcohol hemiacetaal

Nadere informatie

Motivatie van het onderzoek

Motivatie van het onderzoek ONTWIKKELING VAN DUURZAME POTGROND OP BASIS VAN GROENCOMPOST EN ANDERE SECUNDAIRE GRONDSTOFFEN Verónica Dias 1, Els Mechant 1, Bart Vandecasteele 2, Barbara Hoekstra 3, Maaike Perneel 4 1 PCS Ornamental

Nadere informatie

Overzicht van reactievergelijkingen Scheikunde

Overzicht van reactievergelijkingen Scheikunde verzicht van reactievergelijkingen Scheikunde Algemeen Verbranding Een verbranding is een reactie met zuurstof. ierbij ontstaan de oxiden van de elementen. Volledige verbranding Bij volledige verbranding

Nadere informatie

Is spuiwater een volwaardig alternatief voor minerale meststoffen in de aardappelteelt?

Is spuiwater een volwaardig alternatief voor minerale meststoffen in de aardappelteelt? Is spuiwater een volwaardig alternatief voor minerale meststoffen in de aardappelteelt? J. Bonnast (BDB), W. Odeurs (BDB) Samenvatting Het optimaliseren van de teelttechniek is een uitdaging voor iedere

Nadere informatie

Wetenschappelijke Feiten. over. Bos & Energie

Wetenschappelijke Feiten. over. Bos & Energie pagina 1/9 Wetenschappelijke Feiten Bron: over FAO (2008) Bos & Energie Samenvatting en details: GreenFacts Context - Het energieverbruik in de wereld zal in de komende jaren dramatisch toenemen. Terwijl

Nadere informatie

Beleggen in de toekomst. de kansen van beleggen in klimaat en milieu

Beleggen in de toekomst. de kansen van beleggen in klimaat en milieu Beleggen in de toekomst de kansen van beleggen in klimaat en milieu Angst voor de gevolgen? Stijging van de zeespiegel Hollandse Delta, 6 miljoen Randstedelingen op de vlucht. Bedreiging van het Eco-systeem

Nadere informatie

Brouwland, 26 mei 2012

Brouwland, 26 mei 2012 Zuurstof, een vloek of een zegen? Jacques Bertens Een vet verhaal Brouwland, 26 mei 2012 Vet Dit verhaal gaat over zuurstof en vet Verzadigde vetzuren worden onder invloed van zuurstof omgezet in onverzadigde

Nadere informatie

De afvalwaterzuivering als energiefabriek

De afvalwaterzuivering als energiefabriek De afvalwaterzuivering als energiefabriek Joop Colsen Energiebesparing op RWZI s anno 2010 www.colsen.nl info@colsen.nl Introductie (1) Afvalwaterzuivering levert energie op: Door vergisting van biomassa

Nadere informatie

Gijs Jansen (CEO Alucha)

Gijs Jansen (CEO Alucha) Gijs Jansen (CEO Alucha) December 2012 INDEX Alucha Technologie Toepassingen in de papierindustrie Drankenkartons Mixed plastics Papierslib Conclusies ALUCA istorie: Ons doel: Referentie installatie: Opgericht

Nadere informatie