Bioenergi

1
Bioenergiák etanol, butanol
2
Éleszto anyagcsere
3
Alapanyagok

• Cukor
• Keményíto
• Cellulóz

4
Alapanyagok

• Cukor
• Keményíto
• Cellulóz

5
Alapanyagok

• Cukor
• Keményíto
• Cellulóz
• 2x1011 tonna biomassza/év/Föld, fele cellulóz
• Cellulóz, hemicellulóz, lignin
• Kristályos, stabil szerkezet nehezen bontható

6
Bioetanol folyamatábra cukorra
Biomassza termelés
Etanol tisztítás
Glükóz fermentáció
Etanol kinyerés
Fermentációs maradék
7
Bioetanol folyamatábra keményítore
Biomassza termelés
Etanol tisztítás
Keményíto fiziko-kémiai elokezelés
Glükóz fermentáció
Etanol kinyerés
Enzim gyártás amiláz, glukoamiláz
Keményíto enzimes elokezelés
Fermentációs maradék
8
Bioetanol folyamatábra cellulózra
Pentóz fermentáció
Biomassza termelés
Etanol tisztítás
Cellulóz fiziko-kémiai elokezelés
Glükóz fermentáció
Etanol kinyerés
Enzim gyártás exo-, endo glükanázok, glükozidáz,
xilanáz
Cellulóz enzimes elokezelés
Fermentációs maradék lignin
9
Bioetanol keményítobol

• Fizikai- kémiai elokezelés
• Keményíto hidrofób
• Hense edény
• Hidrátburok fozéssel

10
Bioetanol keményítobol

• Enzimes elokezelés cefrekádban
• Keményíto elágazó cukorpolimer
• a-amiláz (1,4-glükozid kötést bont)
• B. licheniformis, B. subtilis, A. oryzae
• Glükoamiláz (1,4-, 1,6-, 1,3-glükozid kötést bont
• A. niger

11
Bioetanol keményítobol

• Fermentáció
• Éleszto anaerob fermentorban
• 15-35 ?C, kevert, fed-batch vagy folyamatos
• 10-15 EtOH tartalmú fermentációs termék
• termékgátlás
• biomassza

12
Bioetanol keményítobol

• EtOH kinyerés
• Desztilláció
• Rozsdamentes acél
• 82-87 EtOH H2O

13
Bioetanol keményítobol

• EtOH tisztítás
• Acetaldehid mentesítés
• 1-2 , eros oxidálószer
• Desztilláció rézedényben
• Vízmentesítés
• Adszorpcióval
• 96-100 EtOH
• Üzemanyag kiegészítoként
• Kémiai ipari alapanyagként

14
Bioetanol gyártás

• Fejlesztési területek
• EtOH turo éleszto
• GMO
• EtOH termelo baktérium
• pl. Zymomonas mobilis
• mezofil, gyorsan szaporodik, GMO
• Thermoanaerobacter aethanolicus
• termofil, gyorsan szaporodik, hatásfok no
• Immobilizálás
• Élesztore, baktériumra

15
Bioetanol felhasználás

• Élvezeti cikk

16
Bioetanol felhasználás

• Üzemanyag adalék
• E-15, E-25, E-85
• Brazília kezdte
• 20 bekeverés
• 1970 karburátor probléma
• Ma lehetséges
• Égésho benzin
• Párolgásho alacsonyabb
• Hidegindítás
• Csak vízmentes EtOH keverheto benzinnel!

17
Bioetanol felhasználás

• Vegyipari alapanyag
• Fermentációs ipari alapanyag
• Polihidroxi alkánsavak
• Ecetsav
• Takarmány kiegészíto
• Marhahús puhítás
• Dízel olaj adalék
• peroxidokkal

18
Fermentációs maradék szeszmoslék

• 1 lit EtOH 10 lit maradék
• Takarmány kiegészíto
• Energia biogáz

19
Bioetanol gazdaságosság

• Alapanyag cukor cukorpolimer
• Energiaigény
• Teljes költség kb. 40
• Fosszilis vagy megújuló
• Megújuló égetés vagy biogáz
• Hidrolizáló enzimek
• Keményíto teljes költség 25
• Cellulóz instabil enzimek, drága, nem hatékony
• Fermentációs maradék hasznosítás
• Takarmány értékes melléktermék, ha van elég
  állat
• Biogáz energia igény
• Életciklus számítások
• Helyi körülményektol függ mérsékelt égövben

20
Etil tercier butil éter (ETBE)

• Tiszta, színtelen vagy halványsárga, éter illatú
  folyadék
• Etanol (megújuló is lehet) és izobutilén
  (fosszilis) alapanyagból
• Oktán számot növeli Pb-t helyettesít,
  környezetbarátabb
• Elosztó hálózatok kezelik 1992-tol használják
• Nem jól oldódik vízben, ez jó
• Hasonló metil tercier butil éter

21
Bioetanol cellulózból

• Legnagyobb mennyiségben keletkezo anyag
• Lignin, cellulóz, hemicellulóz

22
Bioetanol cellulózból

• Cellulóz, hemicellulóz lebontás
• Savakkal (sósav, kénsav) tömény-rövid vagy
  híg-hosszú kezelés
• Horobbantás (Steam explosion)
• Nagy nyomás, magas homérséklet
• Enzimatikus
• Celluláz, hemicelluláz
• Gombák, baktériumok

23
Clostridia biopolimer bontás

• Poliszacharidok
• Celluláz celluloszóma
• Amiláz

24
Bacillus lebontó enzimek

• Enzimek
• Proteázok, lipázok
• Celluláz, amiláz

25
Aceton - Butanol termelés

• EtOH után a 2. legfontosabb fermentációs termék
• Pasteur (1861) mikrobiális butanol fermentáció
• 1900- szintetikus gumigyártás alapanyaga
• Clostridium acetobutylicum (1910-)
• Weizmann vs. Fernbach

26
ABE termelés

• Clostridium acetobutylicum
• Gram
• Obligát anaerob
• Spórát képez
• Keményíto hidrolizátumon, melaszon jól no
• csicsóka, tejpermeátum, almalé, alga is jó táp
• ButanolAcetonEtOH 631 arányban
• Frakcionált desztilláció
• Szakaszos, folyamatos üzemmódban

27
ABE biokémia

• C. acetobutylicum
• Szerves oldószerek
• butanol, aceton
• etanol, i-propanol
• Szerves savak
• ecetsav, tejsav
• vajsav

28
AB biokémia Embden-Meyerhof
29
AB biokémia
Acetogenezis
Szolventogenezis
30
AB szabályzás

• Intracelluláris redox egyensúly szabályoz
• Nehéz befolyásolni
• pH kritikus
• pH 6-7 ? acetogenezis
• pH 4 ? bespórázik

31
AB szabályzás

• Intracelluláris redox egyensúly szabályoz
• Fe limitáció
• Acetogenezis utat Fe hiány gátolja
• Piruvát ferredoxin oxidoreduktáz (PFOR)
• NADH ferredoxin oxidoreduktáz
• FeFe hidrogenáz
• Szubsztrát limitáció
• Stacioner fázisban szerves savakat újra
  felhasználja ? szolventogenezis

32
Biobutanol elonyök
33
ABE hasznosítás

• Oldószer, vegyipari alapanyag
• Melléktermékek
• Biomassza B-vitaminok
• H2, CO2 energia, vegyipar
• Bioüzemanyag
• Jobb, mint EtOH bekeverés