INTENZIFIKÁLÓ MŰVELETEK HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA BIOMASSZA ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSA SORÁN

Átírás

1 INTENZIFIKÁLÓ MŰVELETEK HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA BIOMASSZA ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSA SORÁN SZTE Mérnöki Kar Folyamatmérnöki Intézet 6725 Szeged Moszkvai krt Szegedi Energiagazdálkodási és Megújuló Energetikai Konferencia 21

2 A kutatások célkitűzései Cukorcirok-lé eltarthatóságának növelése A ciroklé alkohol-fermentációjának optimálása A lignocellulóz tartalmú hulladékokból további etanol-előállítása Léptéknövelés, folyamatos technológia kidolgozása

3 A CIROKLÉ TÁROLHATÓSÁGI VIZSGÁLATA

4 Cukortartalom % A cukorcirok szecskázott féltermékének tárolhatósága Monori Cellu Idő (h)

5 Cukortartalom [tömeg%] A PRÉSELT LEVEK ELTARTHATÓSÁGA Monori Cellu Tárolási idő [ óra ]

6 A ciroklé eltarthatóságának növelése céljából végzett előkezelések ph változtatásával oxigéntől elzárt körülmények alkalmazása hőkezelés besűrítés folyamatos üzemű filmbepárlóval szakaszos üzemű vákuum-bepárlóval

7 Cukortartalom [tömeg%] Cukortartalom [tömeg %] Tárolási atmoszféra és ph hatása 2 15 Aerob körülmények Kontroll ph 1,5 ph 3 ph 5 ph Tárolási idő [nap] Oxigéntől elzárt körülmények Kontrol ph 1,5 ph 2 ph Tárolási idő [nap] SAV ADAGOLÁSSAL CSAK ÁTMENETI TÁROLÁS BIZTOSÍTHATÓ

8 Cukortartalom [tömeg%] A HŐKEZELÉS HATÉKONYSÁGÁNAK VIZSGÁLATA C 2 min 6 C 2 min ph3 7 C 2 min 7 C 1 min ph Tárolási idő [hét] HŐKEZELÉSSEL CSAK A FELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIA TÁROLÁSI IGÉNYE BIZTOSÍTHATÓ

9 Cukortartalom [tömeg%] CIROKLÉ BESŰRÍTÉS UTÁNI TÁROLHATÓSÁGA FFE-filmbepárló, VBE-vákuum bepárló FFE 6% FFE 5% VBE 5% VBE 4% VBE 3% Tárolási idő [hónap] A magas cukortartalom miatt vákuum alkalmazása

10 A PRÉSELT CIROKLEVEK FERMENTÁCIÓJA

11 Alkoholkihozatal az elméleti kihozatal arányában (%) Alkohol a fermentált lében (tf%) Az élesztőgombák típusának és koncentrációjának hatása vadélesztők (önerjedés),83% 1,25% 1,67% T22 F,3% F,6% Saccharomyces cerevisiae (nem szelektált) Saccharomyces cerevisiae (szelektált fajélesztő)

12 Alkohol (ml/1 ml lé) Alkoholkihozatal % A LÉHEZ ADAGOLT ENZIMEK HATÁSA Cellu 3 C+DAP Monori 3 C+DAP+Enzim Adagolt enzimek: celluláz (35 ml/l) b-glükozidáz (35 ml/l) Cellu Monori 2 cukorból cukor+lignocellulózokból Cellu 8,27 9,25 Monori 7,75 8,7 A ciroklé magas rost-tartalma miatt a cellulóz-frakciók cukorrá alakíthatóak, amely az alkohol kihozatalt növeli

13 KELETKEZŐ HULLADÉK ÉS EGYÉB MEZŐGAZDASÁGI MELLÉKTERMÉKEK HASZNOSÍTÁSA

14 Vizsgált lignocellulóz-tartalmú alapanyagok faforgács cirokszalma (préselés után) bogyósgyümölcsök préselésekor keletkező préslepény Vizsgált folyamatok 1) lignocellulóz hidrolízise etanol-fermentáció 2) szimultán cukrosítás és fermentáció (SSF)

15 A LIGNOCELLULÓZ HIDROLÍZISÉT ELŐSEGÍTŐ ELŐKEZELÉSEK Gőzös feltárás Sav adagolása gőz ki Hidrogén-peroxidos kezelés minta perforált lemez Lúgos előfőzés Ózonkezelés puffertartály gőz be nyomásmérő kondenzátor

16 Cukortartalom (%) Cukortartalom (%) ELŐKEZELÉSEK HATÉKONYSÁGA,8,7 FAFORGÁCS kezelés nélkül Hidrogén peroxid Sav+6C Ózon,6 ph2 Lúg+6C,5,4,3,2,45,4,35,3 CIROKSZALMA kezelés nélkül Hidrogén peroxid Sav Ózon Lúg+6C,1,25, Idő (nap),15,1, Idő (nap) A cellulóz-hidrolízisre ajánlott előkezelés: Faforgács: lúgos előfőzés utáni enzimes hidrolízis Cirokszalma: enzimes hidrolízis

17 Alkoholkihozatal [g/g sz.a.] Cirok préslepény,14 Ribizli préslepény,12,1,8,6,4,2 K Lúg + hők.,5 W/g 3p ph 12 2 W/g 1 p ph12 2 W/g 3p ph12 2 W/g 3p ph2

18 Összes cukor (g) Összes cukor (g) A LIGNOCELLULÓZ-HIDROLÍZIS KÖRÜLMÉNYEINEK VIZSGÁLATA Cellu Monori ,15 ml enzim 24 h,3 ml enzim 24 h 3 g 6 g,15 ml enzim 24 h,3 ml enzim 24 h 3 g 6 g Az enzimmennyiség 15 ml/l koncentráció fölé emelése a cellulóz hidrolízis szempontjából nem indokolt A szuszpenzió szárazanyagtartalma 6 m/m%-on optimális a hidrolízishez

19 Kinyert alkohol (ml) Alkoholkihozatal az elméleti kihozatal arányában (%) Az enzim kezelési körülmények hatása az alkohol-kihozatalra 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5,15 ml Cellu,3 ml,15 ml Monori,3 ml 3 g 6 g 3, 25, 2, 15, 1, 5,,,15 ml Cellu,15 ml,15 ml,3 ml,3 ml Cellu Monori,15 ml,15 ml Az 3 etanol-kitermelés g,67 1,38 szempontjából 1,65 2,2 az optimális enzimmennyiség,3 ml 3,3 ml/l Cellu Monori 6 g 1,16 2,49 1,78 4,44 3 g 1, 2,6 21,6 26,4,3 ml,15 ml Monori A fermentlevek szárazanyagtartalma a 3-6 m/m%-os intervallumban 6 g 17,3 18,4 11,6 29, nem gyakorol lényeges hatást a kitermelésre,3 ml 3 g 6 g

20 A szimultán cukrosítás és fermentáció (SSF) körülményeinek optimalizálása Minta ph Enzimkez. hőm C Enzim [ml] Szubsztr (g/4 g) Cukortar t % Alk (%) 1 5, 4,,25 4,,6,66 2 4,99 41,1,259 34,9,5, ,98 42,2,269 29,8,5 1,34 Az elméleti kihozatal 61,3%-a ,3,279 24,8,4, ,4,288 19,7,4, Alkohol (ml/l) 6,6 6,16 1,34 6,16 5,5 Kinyerhető alkohol (ml/1g préslepény) ,6 7,6 13,86 9,95 11,18

21 FOLYAMATOS ÜZEMŰ FELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIA ELMÉLETI VÁZLATA

22 A lignocellulóz alapú etanol-előállítás technológiájának vázlata szimultán cukrosítás és fermentáció esetén szűrőcentrifuga ultraszűrő Nanoszűrő/ Reverz ozm. Permeátum (tiszta víz) Cukros lé + enzimek Cukros lé Szilárd maradék enzimek Kevert tartály (fermentor) cukorsűrítmény

23 Enzim szeparálása ultraszűréssel J [lm -2 h -1 ] 18 Ultraszűrés VRR [-] 1 kda-os vágási értékű PES UF membrán A fluxus a szűrés végére 75 %-al csökkent 47-re csökkent

24 UF szűrlet nanoszűrése a cukortartalom besűrítése céljából R sz.a. [%] Visszatartás Fluxus Szűrési Idő [perc] J [lm -2 h -1 ]

25 Ellenállási értékek megoszlása R *1 13 [m -1 ] RM RF RG A szűrés során kialakuló, membrán felületén lerakodó gél-réteg ellenállása a legnagyobb További feladat: kialakuló gél-réteg csökkentése (pl. vibrációs membránszűrő alkalmazása)

26 Vibráció (VSEP) alkalmazása a gél-réteg csökkentésére

27 Kutatócsoport Kutatócsoport vezető: Prof. Dr. Gábor Szabó, DSc. Prof. Dr. Hodúr Cecilia, PhD Dr. László Zsuzsanna, PhD Szép Angéla Török Márta Kertész Szabolcs Beszédes Sándor

28 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET!