Etanol och biogas ur cellulosarika avfall. Utbildning om Resursåtervinning

Transkript

1 Etanol och biogas ur cellulosarika avfall Mohammad Taherzadeh Ingenjörshögskolan Högskolan i Borås Centrum för optimal resurshantering av avfall Utbildning om Resursåtervinning Masterutbildning: Resource Recovery- Industrial Biotechnology Resource Recovery- Sustainable Engineering Forskarutbildning: Resource Recovery 1

2 Forskningsprofil Resursåtervinning Avfall och biprodukter (Hushålls, jordbruk, skog, verksamhet.) Förbränning Processer Förgasning & Pyrolys Biologiska processer Polymerer & Fibrer Kyl Värme El. Bensin Kemikalier Diesel Biogas Hållbart Samhälle Etanol Biopolymerer Textilier Plast Kompositer papper Internationalisering (Waste Recovery) 2

3 1:a och 2:a generationer etanol Socker Spannmål Cellulosa Mat Massa- och pappersindstri Bränsle Etanol Eten Plast Lignocellulosa struktur Hemicellulose Lignin Cellulose chains 3

4 Etanol process? Socker Stärkelse Cellulosa Återstående separation Förbehandling??? Avfall 3:e generationen Hydrolys Jäsning Destillation /uttorkning Etanol Biogas process? Socker Stärkelse Cellulosa Avfall Återstående separation Förbehandling??? Bakteriell hydrolys Rötning Uppgradering Biogas 4

5 (Hemi)cellulosa i skogrestprodukter Sockerpoymerer (%) Material Glucan Mannan Galactan Xylan Lövved Al Asp Björk Barrved Tall Gran Avfall från cellulosa: Ved + Metaller + färger = Pall 5

6 Avfall från cellulosa: Toxiska cellulosa hemicellulose hemicellulose pectin Limonen ca 0.5% Textilavfall i världen (Utmaningar: Blandning & svåra nedbrytbara)! Natural fibers Synthetic fibers Natural silk Ramie Flax Jute Wool Cotton Cellulose Others Polyacrilonitrile Polyamide Polypropylene Polyester X1000 tons/year (26,270 in 2007) Ref: Aizenshtein, E.M., World production of textile raw materials in Fibre Chem. 36, 1 6 6

7 Förbehandling? Ta bort forhinder (tex lignin) Minska kristallinitet Tillhandahålla tillräckligt tillgänglig yta att absorbera enzymer Många metoder för förbehandling Physical methods Chemical & Physicochemicals Biological milling: - Ball milling - Two-roll milling - Hammer milling - Colloid milling - Vibro energy milling irradiation: - Gamma-ray irradiation - Electron-beam irradiation - Microwave irradiation Others: - Hydrothermal - High pressure steaming - Expansion - Extrusion - Pyrolysis Explosion: - Steam, Ammonia, CO 2, SO 2, Acids Alkali: - NaOH, NH3, (NH4)2SO3 Acid: - Sulfuric, Hydrochloric & Phosphoric acids Gas: - ClO2, NO2, SO2 Oxidizing agents: - Hydrogen peroxide - Wet oxidation - Ozone Solvent extraction of lignin: - Ethanol-water extraction - Benzene-water extraction - Ethylene glycol extraction - Butanol-water extraction - Swelling agents Organosolves/ Ionic liquids Fungi and actinomycetes 7

8 Ethanol yield (g/g) Vi jobbar på olika material Etanol produktion från hög kristallin cellulosa Dissolved cellulose Ref. (untreated cellulose) Ref. (glucose) 8

9 CH4/g carbohydrate Förbättrad biogas (CH4) produktion efter förbehandling Vårt koncept för en testprocess! 9

10 Sammanfattning Olika cellulosa avfall kräver olika förbehandlingar, men resten av processen är praktiskt taget densamma, Avfallsflöden kan integreras i framtida etanol anläggningar, Biogas från cellulosa avfall kan framställas av en två-stegs process inklusive förbehandling och rötning. Tack! Frågor? 10