Inbikon

Inbicon to duńska firma produkująca etanol celulozowy .

Historia

Elsam, duńska firma energetyczna, zaczęła przyglądać się wykorzystaniu biomasy do produkcji energii w latach 90-tych. Pierwszy zakład pilotażowy został otwarty w 2003 roku i mógł przetwarzać 2,4 tony metryczne biomasy dziennie. Do 2005 roku zakład pilotażowy został powiększony i mógł przetwarzać 24 tony metryczne dziennie. Elsam wraz z sześcioma innymi firmami połączył się w 2006 roku, tworząc DONG Energy . W 2007 roku Inbicon powstał jako oddzielna spółka zależna DONG Energy. Pierwsza rafineria Inbicon na biomasę została otwarta w Kalundborgu w 2009 roku i przetworzyła duńską słomę pszenną na etanol paliwowy drugiej generacji. Rafineria Inbicon działała przez pięć lat, demonstrując skuteczność technologii i projektu procesu, uzyskując znamionową zdolność produkcyjną na skalę komercyjną. W tym czasie rafineria sprzedawała swoje niskoemisyjne odnawialne paliwo płynne do 99 stacji Statoil w Danii. Po 5 latach działalności firma DONG Energy, obecnie Ørsted, uznała, że ​​technologia dojrzała i zaprzestała działania w rafinerii Inbicon Commercial Demonstration. W sierpniu 2019 New Energy Blue , amerykańska firma, której partnerzy-założyciele oraz amerykańska firma inżynierii procesowej Applied Process Solutions (APS) od 2009 roku pracowali nad technologią Inbicon i prowadzili rozwój biznesu oraz Front End Engineering Design do wielkoskalowej produkcji komercyjnej, nabyła wyłączne prawa do licencji technologicznej do obu Ameryk (Inbicon Americas). Firma New Energy Blue przeprowadziła studia wykonalności w wielu lokalizacjach na środkowym zachodzie Stanów Zjednoczonych, gdzie pozostałości rolne (słoma pszenna, słoma kukurydziana) są obfite, aby zapewnić przyszłe operacje komercyjne w promieniu 50 mil od każdej lokalizacji. New Energy Blue spodziewa się budować w wielu lokalizacjach, aby zaspokoić zapotrzebowanie na paliwa niskoemisyjne, takie jak stan Kalifornia i kraj Kanada.

Zapas paszy

Optymalnym surowcem biomasy, dla którego opracowana jest technologia firmy, jest słoma pszenna. Jednak przetestowali również słomę kukurydzianą, trawy, trzcinę cukrową, arundo, sorgo i pozostałości oleju palmowego. Dlatego jest to elastyczny proces, w którym można wykorzystać najbardziej opłacalny surowiec.

Procesy obróbki wstępnej

Inbicon wykorzystuje hydrotermalny proces obróbki wstępnej po mechanicznym kondycjonowaniu surowca. Założeniem tego procesu jest wytworzenie frakcji włóknistej i frakcji płynnej poprzez ekstrakcję gorącą wodą. We frakcji włóknistej w procesie tym uzyskuje się ponad 80% ligniny obecnej w surowcu wyjściowym. Natomiast frakcja płynna zawiera: cukry C5, chlorki metali alkalicznych oraz inhibitory fermentacji. Głównym obecnym inhibitorem fermentacji jest kwas octowy . Jednak inhibitory fermentacji można później usunąć poprzez detoksykację za pomocą _NH3 po przystępnych kosztach. Ponieważ ten proces obróbki wstępnej nie wykorzystuje kwasów ani zasad, a jedynie wodę, eliminuje to konieczność ekstrakcji środków chemicznych do obróbki wstępnej po zakończeniu. W początkowym etapie procesu wstępnej obróbki hydrotermalnej surowiec jest moczony i jednocześnie umieszczany w temperaturze do 100°C i ciśnieniu otoczenia. Pozwala to na usunięcie obecnego powietrza i nasycenie surowca wodą. Kolejnym etapem jest obróbka ciśnieniowa w podwyższonych temperaturach w zakresie od 170 do 230 °C poprzez dodanie gorącej wody lub pary przez około 5–15 minut. Ta obróbka ciśnieniowa może być powtarzana przy zmienionych temperaturach i ciśnieniach w różnych strefach wzrastających za każdym razem, dlatego jest określana jako proces przeciwprądowy. Para uwolniona podczas hydrotermalnego procesu wstępnej obróbki jest zbierana i ponownie wykorzystywana w dalszych procesach odparowywania. Podczas wstępnej obróbki hydrotermalnej powstają kwasy, które powodują, że frakcja włókien ma prawie neutralne pH. Główną korzyścią z tego jest to, że pH będzie musiało być ledwo regulowane do upłynniania enzymatycznego.

Ideą hydrotermalnej obróbki wstępnej Inbicon nie jest usuwanie hemicelulozy i ligniny z frakcji włóknistej, ale zniweczyć jej ochronę celulozy. Mimo że Inbicon wyjaśnia, że ​​nie chce być związany żadną teorią. Uważają, że kiedy lignina topi się w obecności wody, ze względu na swój hydrofobowy charakter tworzy mikrokropelki, które zestalają się w niższych temperaturach. Warunki stosowane w obróbce wstępnej powodują również hydrolizę hemicelulozy. Dlatego tworzenie tych mikrokropelek ligniny i hydroliza hemicelulozy neutralizuje dwa składniki chroniące celulozę. Ta metoda utrzymuje surowiec w jego naturalnym stanie włóknistym, jednocześnie zwiększając wydajność hydrolizy enzymatycznej.

Enzymy

Inbicon zatwierdził enzymy trzech firm do ich opatentowanej metody produkcji etanolu celulozowego: Novozymes , Genencor i Royal DSM .

Nowozymy

Od 2012 roku Novozymes produkuje Cellic CTec3, który jest kompleksem celulazy i hemicelulazy. To już trzecia generacja tego kompleksu CTec. Wzmacniają aktywność enzymatyczną dzięki dodatkowi związków GH61. W oparciu o ulepszone β-glukozydazy i nową aktywność hemicelulazy firma twierdzi, że jest ona znacznie wydajniejsza w konwersji w porównaniu do CTec2. Novozymes oferuje również Cellic HTec3, który jest kompleksem hemicelulazy, który ma różne aktywności endo-ksylanazy i beta-ksylozydazy. W połączeniu z CTec3 może zwiększyć wydajność konwersji.

Genecor

DuPont Bioscience, formalnie Genencor, oferuje swój ACCELLERASE® TRIOTM wyprodukowany z genetycznie zmodyfikowanego Trichoderma reesei . Kompleks ten składa się z egzoglukanazy , endoglukanazy , hemi-celulazy i β-glukozydazy . Kompleks enzymatyczny firmy może być stosowany do różnych rodzajów obróbki wstępnej, w tym: alkalicznej, AFEX, rozcieńczonego kwasu, eksplozji parowej i termicznej/mechanicznej. Ostatni z procesów jest wybraną metodą Inbicon. Dla optymalnego działania wytyczne firmy określają pH w zakresie 4-6 i temperatury 40-57 °C. Ilość stosowanego enzymu zależy od wybranego surowca biomasy, ale mieści się w zakresie 0,03-0,16 ml na gram biomasy.

Królewski DSM

DSM posiada koktajl enzymatyczny do produkcji etanolu celulozowego. Koktajl ten zawiera termostabilne celulazy, które działają wydajniej w 60°C niż w 50°C, co zmniejsza koszty chłodzenia podczas produkcji. Koktajl ma również długą trwałość podczas przechowywania, DSM twierdzi, że przy minimum 3 miesiącach w temperaturze pokojowej 14) DSM twierdzi również, że ponieważ może być produkowany na miejscu, zmniejsza koszty transportu i zwiększa niezawodność łańcucha dostaw. Ten koktajl enzymatyczny został przetestowany w zakładzie demonstracyjnym Dong Energy-Inbicon w Kalundborgu. Potwierdzili i potwierdzili, że enzymy DSM zapewniają taką samą wysoką wydajność i wykazali, że jest to korzystne dla przemysłowej produkcji etanolu celulozowego.

Fermentacja

Uważa się, że korzystnym etanologenem fermentacyjnym jest drobnoustrój fermentujący C6, ponieważ proces odzyskuje melasę C5 pod koniec fermentacji.

Zakład pilotażowy

Inbicon otworzył swój pierwszy zakład pilotażowy w 2003 roku. Drugi zakład pilotażowy firma otworzyła w 2005 roku. Ostatecznie uruchomienie produkcji nastąpiło w grudniu 2009 roku w Kalundborgu w Danii. Zakład ten zawiera dwie linie wstępnej obróbki hydrotermalnej o różnych ilościach. Jedna linia ma maksymalną wydajność 100 kg, a druga 1000 kg biomasy lignocelulozowej na godzinę. W zakładzie pilotażowym stosowane są wyłącznie drożdże przemysłowe fermentujące cukry C6. Zakład ten przy wkładzie 30 000 t słomy pszennej jest w stanie wyprodukować 5,4 mln litrów etanolu rocznie. Zakład produkuje również 13 100 t granulatu ligniny i 11 250 t melasy C5. W swoim początkowym zakładzie pilotażowym zużywali 2,4 tony surowca dziennie. Pilotażowy zakład z 2005 roku osiągnął dziesięciokrotny wzrost do 24 ton dziennie. Wreszcie w 2009 roku w zakładzie demonstracyjnym w Kalundborgu są w stanie wyprodukować 100 ton dziennie. Przyszłym celem Inbicon jest stworzenie zakładu, który mógłby zużywać 1200 ton surowca dziennie.

Finansowanie

Inbicon Biomass Refinery jest finansowana z dotacji otrzymanych z duńskiego programu EUDP i Programów Ramowych.

Program Rozwoju i Demonstracji Technologii Energetycznych (EUDP) zapewnia finansowanie rozwoju nowych technologii energetycznych, które zmniejszają emisję CO ₂ , są mniej szkodliwe dla środowiska i prowadzą do zmniejszenia zużycia paliw kopalnych. Inbicon otrzymał 76,7 mln DKK (10,3 mln EUR) od duńskiego EUDP na zaprojektowanie i budowę Rafinerii Biomasy.

Inbicon jest również wspierany przez Europejski Siódmy Program Ramowy kwotą 67,7 mln DKK (9,1 mln EUR). Programy ramowe są tworzone przez Unię Europejską w celu promowania badań w Europejskiej Przestrzeni Badawczej. 20 maja 2010 roku ogłoszono, że Komisja Unii Europejskiej będzie partnerem czterech europejskich projektów biopaliw, z których jednym był projekt etanolu celulozowego Kalundborg w zakładzie Inbicon. Inbicon otrzymał również dotację z Europejskich Piątych Ram na rozwój rafinerii biomasy.

Patenty

Niesterylna fermentacja bioetanolu

Inbicon opatentował metodę niesterylnej fermentacji etanolu. Podczas obróbki wstępnej i hydrolizy enzymatycznej biomasy uwalniane są inhibitory drobnoustrojów, które mają znaczący wpływ na fermentację. Również skażenie bakteryjne, zwłaszcza bakteriami kwasu mlekowego, takimi jak Lactobacillus, jest trudne do uniknięcia w niesterylnych warunkach. Firma Inbicon znalazła zakres stężeń, w których inhibitory fermentacji hamują jedynie wzrost bakterii kwasu mlekowego, ale nie mają stosunkowo żadnego wpływu na drożdże fermentujące. Dzięki określeniu optymalnych poziomów inhibitorów fermentacji, fermentacja drożdży może być prowadzona w niesterylnych warunkach. Te optymalne poziomy można osiągnąć kontrolując stosunek wody do biomasy biomasy lignocelulozowej podczas i po obróbce wstępnej.

Metody produkcji zakiszanej biomasy

Zanim lignoceluloza zostanie poddana hydrolizie enzymatycznej, należy ją najpierw poddać wstępnej obróbce, aby rozbić jej złożoną strukturę i odsłonić celulozę. Obróbka wstępna zwykle polega na podgrzaniu surowca lignocelulozowego do wysokiej temperatury (100–250°C), co wymaga dużej ilości energii i jest bardzo kosztowne na poziomie komercyjnym. Inbicon opatentował metodę wykorzystania zakiszanej biomasy do produkcji bioetanolu, która nie wymaga kosztownego ogrzewania i wstępnej obróbki chemicznej. Zakiszoną biomasę można poddać hydrolizie enzymatycznej bez wstępnej obróbki.

Metody ograniczania zużycia enzymów w fermentacji bioetanolu drugiej generacji w obecności ligniny

Hydroliza enzymatyczna surowca lignocelulozowego wymaga wysokiego stężenia enzymu, aby przezwyciężyć niską hydrolizę enzymatyczną. Niską hydrolizę enzymatyczną można przypisać ligninie, która blokuje dostęp enzymów do celulozy. Istnieje kilka sposobów ograniczania wpływu ligniny na hydrolizę enzymatyczną, a jednym z nich jest stosowanie dodatków surfaktantów. Firma Inbicon odkryła, że ​​przy dużej zawartości suchej masy hydrolizę enzymatyczną można przeprowadzić w obecności glicerolu polietylenowego.