ONTSLUITEN VAN

LIGNOCELLULOSE MET

OVERVERHITTE STOOM

Johan van Groenestijn

Bijeenkomst Decentrale Bioraffinage; 18 september 2015, Den Bosch

LIGNOCELLULOSEHOUDENDE

BIOMASSA

Veel grondstoffen voor de biobased economy bevatten lignocellulose

Gras, stro, bagasse, hout, kokosvezel.

Moeilijk toegankelijk voor katalysatoren (o.a. enzymen)

Ontsluiten helpt

Hoge temperatuur, lage pH, hoge pH, stoomexplosie, oxidatoren, schimmels.

18 september 2015 2

3 18 september 2015

ONTSLUITEN MET OVERVERHITTE

STOOM

SHS: superheated steam

Stoom met een temperatuur hoger dan het dauwpunt (droge stoom)

1-15 minuten doorleiden door stapel biomassa in reactor

160 - 195°C

Daarna toegankelijk voor enzymen

Ontwerp voor praktijk:

18 september 2015 4

HUIDIGE BATCH REACTOR TNO LAB

5 18 september 2015

STRO VOOR (LINKS) EN NA (RECHTS) SHS

ONTSLUITING

6 18 september 2015

7

Groene stroom / warmte

Sugar crude

Groene chemie

Lignine

Groene stroom / warmte

Enzym.

hydrolyse

Modificatie

Fermentatie

Chem. omzetting

Bitumen

Biogas

Karton

Veevoer

Biomassa

“en” routes

“of” routes

SHS

Ontsluiten van gras en stro; lopende projecten bij TNO

18 september 2015

BELANGRIJK VOOR

ONTSLUITINGSPROCESSEN

8

Hoge toegankelijkheid van (hemi)cellulose (> 90%) voor enzymen na

de ontsluiting hoge suiker opbrengst

Lage productie van schadelijke bijproducten (inhibitoren)

Hoog droge stof gehalte van biomassa

Lage energiekosten

Gebruik van relatief weinig chemicaliën

Lage investeringskosten

Interessante opties:

Hemicellulose al omgezet in suikers (monosaccharide)

18 september 2015

PROCES SHS ONTSLUITEN VAN

BIOMASSA

BIOMASSA (lignocellulose)

(Verkleinen)

Impregneren met zuur

Korte behandeling (min.) met oververhitte stoom (120-190 °C)

Enzymatische hydrolyse

Scheiden

SUGAR CRUDE (C5/C6) + LIGNINE

9 18 september 2015

10

Goede warmteverdeling hoge effectiviteit

Continue stroom van oververhitte stoom

Super heated steam = droog & onverzadigd biomassa droogt!

Warmteoverdracht door convectie, niet condensatie

Goede warmteverdeling geen ‘undercooking’, geen ‘overcooking’

18 september 2015

11

LAAG ENERGIEVERBRUIK DOOR

HOGE DROGE STOF GEHALTEN

Hoge droge stof gehalten behandeld (>30% DS)

weinig water verwarmen

18 september 2015

12

HOGE OPBRENGST C5-SUIKERS

Monomeric sugars and degradation products after pretreatment

Component Yield (mg g-1 DM) Yield (%)

Glucose 13.0 3.8

Xylose 162.6 93.4

HMF 0.1

Furfural 0.6

Acetic acid 8.3

Hemicellulose al gehydrolyseerd (ontsloten) tijdens stoombehandeling

maar één type enzym nodig tijdens vervolgstap (cellulases)

18 september 2015

13

HOGE OPBRENGST C6-SUIKERS

Tarwestro geïmpregneerd met verdund zwavelzuur (20-24% d.s.), verhit met 5,5-6,0 bara SHS

Temp. (°C)

oververhitte

stoom

(bij 159 °C

dauwpunt)

18 september 2015

(voorbehandeling

#2)

Enzymen

voorbehandeling #1

Super Heated Steam Anaerobe

vergisting

Biogas

Lignocellulose

biomassa

•Hemicellulose hydrolyse (C5 suikers)

•Cellulose wordt toegankelijk

•Conversie naar biogas

•Optionele boost met enzymen

Greenstep: on-site

enzymproductie

PROJECT TKI VERGISTING 2.0

5-15minuten

>10 dagen

18 september 2015 14

RESULTATEN NATUURGRAS

Me

tha

an

(m

3 / to

n O

S)

18 september 2015 15

Regionale productie van nationale

‘commodity’ (2e generatie suiker) SHS industriële reactor

16

Fermentatie-

fabriek

18 september 2015