N-ergy, Microbiologische co-productie van N-chemicals en ethanol uit biomassa fracties

Transcriptie

1 Resultaten en bevindingen van project N-ergy, Microbiologische co-productie van N-chemicals en ethanol uit biomassa fracties Dit rapport is onderdeel van de projectencatalogus energie-innovatie. Tussen 2005 en 2011 kregen ruim 1000 innovatieve onderzoeks- en praktijkprojecten subsidie. Ze delen hun resultaten en bevindingen, ter inspiratie voor nieuwe onderzoeks- en productideeën. De subsidies werden verleend door de energie-innovatieprogramma's Energie Onderzoek Subsidie (EOS) en Innovatie Agenda Energie (IAE). Datum 2010 Status Definitief Wageningen Universiteit, e.a. in opdracht van Agentschap NL

2

3 Colofon Projectnaam Programma Regeling Projectnummer Contactpersoon N-ergy, Microbiologische Co-productie van N-chemicals en ethanol uit biomassa fracties Energie Onderzoek Subsidie Lange Termijn EOSLT02034 Wageningen Universiteit Hoewel dit rapport met de grootst mogelijke zorg is samengesteld kan Agentschap NL geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten.

4 Openbaar eindrapport N-ergy Microbiologische co-productie van N-chemicals en ethanol uit biomassa fracties De doelstelling van dit onderzoeksproject was het ontwikkelen van technologie voor de gecombineerde winning van N-houdende chemicaliën en ethanol uit protamylasse, plantensappen en vergelijkbare biomassafracties. Beide eindproducten zijn inzetbaar als groene grondstof en/of eindproduct in de bulkchemie als vervanger voor petrochemische N-verbindingen en daarvan afgeleide producten. Ethanol is daarnaast in zeer grote hoeveelheden inzetbaar als hernieuwbare transportbrandstof. Dit project is uitgevoerd door een samenwerkingsverband van de leerstoel Valorisatie van plantaardige productieketens (VPP, Universiteit Wageningen), Biobased Products (BBP, Food & Biobased Products), Unit Biomass van ECN, Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie (Westfälische Wilhelms Universität Münster) en Easthouse Business Solutions. Er werden stammen ontwikkeld van bakkersgist en Rhizopus oryzae die in staat zijn stikstof uit hun omgeving in te bouwen in cyanophycine, een polymeer van de aminozuren aspartaat en arginine. Het hoogst bereikte cyanophycine gehalte was 15 procent. Het cyanophycine gehalte en de stabiliteit van de ontwikkelde stammen zullen verder verbeterd moeten worden. Er werd een simpele en goedkope methode ontwikkeld om de cyanophycine uit de micro-organismen te halen. Daarnaast werden er methoden ontwikkeld om de cyanophycine te hydrolyseren tot afzonderlijke aspartaat en arginine fracties, en om deze aminozuren vervolgens om te zetten in de bulkchemicaliën acrylamide en 1,4-butaandiamine. Een technisch/economische analyse van de coproductie van bioethanol met N-chemicals en elektriciteit heeft duidelijk gemaakt dat het ontwikkelde proces (bij een cyanophycine gehalte van de micro-organismen van 50% en conversie-efficiëntie van 90%) een duidelijk economisch potentieel heeft, en dat de economische haalbaarheid het hoogst is als het proces toegepast wordt op een bestaande ethanolfabriek. Een Life Cycle Assessment laat zien dat het ontwikkelde proces een superieure milieu performance heeft ten opzichte van de productie op basis van petrochemische grondstoffen en vergeleken met de productie van ethanol als enige product. Op basis van de geïdentificeerde knelpunten is een onderzoeksvoorstel voor een verdere ontwikkeling van het proces geschreven. Nederlandse bedrijven in de sectoren chemicaliën, energie en biotechnologie zijn benaderd en hebben laten blijken geïnteresseerd te zijn. De binnen het project verkregen resultaten zijn in te zien in de volgende openbare publicaties: Steinle, A., S. Witthoff, J. P. Krause, and A. Steinbüchel Establishment of cyanophycin biosynthesis in Pichia pastoris and optimization by use of engineered cyanophycin synthetases. Appl. Environ. Microbiol. 76: Steinle, A., and A. Steinbüchel Establishment of a simple and effective isolation method for cyanophycin from recombinant Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol.85: Steinle, A., K. Bergander, and A. Steinbüchel Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae towards novel cyanophycins with an extended range of constituents. Appl. Environ. Microbiol. 75: Steinle, A., F. B. Oppermann-Sanio, R. Reichelt, and A. Steinbüchel Synthesis and accumulation of cyanophycin in transgenic strains of Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 74:

5 Steinle, Anna Studies on the synthesis and accumulation of cyanophycin in transgenic yeasts. PhD thesis, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Münster, Germany. A study on the applicability of L-aspartate a-decarboxylase in the biobased production of nitrogen containing chemicals. Paul M. Könst, Maurice C.R. Franssen, Elinor L. Scott, Johan P.M. Sanders, Green Chemistry, 2009, 11, Stabilized and immobilized Bacillus subtilis arginase for the biobased production of nitrogencontaining chemicals. Paul M. Könst, Perdo M.C.C.D. Turras, Maurice C.R. Franssen, Elinor L. Scott, and Johan P.M. Sanders, Advanced Synthesis and Catalysis, 2010, DOI: /adsc A study on the applicability of Trypanosoma brucei ornithine decarboxylase in the biobased production of 1,4-diaminobutane. Paul M. Könst, Maurice C.R. Franssen, Elinor L. Scott, and Johan P.M. Sanders, submitted Selective cyanophycin hydrolysis for the biobased production of nitrogen containing chemicals. Paul M. Könst, Elinor L. Scott, Maurice C.R. Franssen, and Johan P.M. Sanders, in preparation Voor meer informatie kunt u terecht bij Prof. Dr. Johan Sanders (johan.sanders@wur.nl) en Dr. Ruud Weusthuis (ruud.weusthuis@wur.nl) Het project is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, regeling EOS: Lange Termijn uitgevoerd door Agentschap NL.