INTENZIFIKÁLÓ MŰVELETEK HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA BIOMASSZA ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSA SORÁN SZTE Mérnöki Kar Folyamatmérnöki Intézet 6725 Szeged Moszkvai krt. 5-7. Szegedi Energiagazdálkodási és Megújuló Energetikai Konferencia 21
A kutatások célkitűzései Cukorcirok-lé eltarthatóságának növelése A ciroklé alkohol-fermentációjának optimálása A lignocellulóz tartalmú hulladékokból további etanol-előállítása Léptéknövelés, folyamatos technológia kidolgozása
A CIROKLÉ TÁROLHATÓSÁGI VIZSGÁLATA
Cukortartalom % A cukorcirok szecskázott féltermékének tárolhatósága 14 12 1 8 6 4 2 Monori Cellu 2 4 6 8 1 12 Idő (h)
Cukortartalom [tömeg%] A PRÉSELT LEVEK ELTARTHATÓSÁGA 14 12 1 8 6 4 2 Monori Cellu 2 4 6 8 1 12 Tárolási idő [ óra ]
A ciroklé eltarthatóságának növelése céljából végzett előkezelések ph változtatásával oxigéntől elzárt körülmények alkalmazása hőkezelés besűrítés folyamatos üzemű filmbepárlóval szakaszos üzemű vákuum-bepárlóval
Cukortartalom [tömeg%] Cukortartalom [tömeg %] Tárolási atmoszféra és ph hatása 2 15 Aerob körülmények Kontroll ph 1,5 ph 3 ph 5 ph 6 1 5 1 2 3 6 7 Tárolási idő [nap] 14 12 1 8 6 4 2 Oxigéntől elzárt körülmények Kontrol ph 1,5 ph 2 ph 4 1 2 3 6 7 Tárolási idő [nap] SAV ADAGOLÁSSAL CSAK ÁTMENETI TÁROLÁS BIZTOSÍTHATÓ
Cukortartalom [tömeg%] A HŐKEZELÉS HATÉKONYSÁGÁNAK VIZSGÁLATA 13 12 6 C 2 min 6 C 2 min ph3 7 C 2 min 7 C 1 min ph3 11 1 9 1 2 3 5 6 8 Tárolási idő [hét] HŐKEZELÉSSEL CSAK A FELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIA TÁROLÁSI IGÉNYE BIZTOSÍTHATÓ
Cukortartalom [tömeg%] CIROKLÉ BESŰRÍTÉS UTÁNI TÁROLHATÓSÁGA 8 7 6 5 4 3 2 1 FFE-filmbepárló, VBE-vákuum bepárló FFE 6% FFE 5% VBE 5% VBE 4% VBE 3% 1 2 6 8 Tárolási idő [hónap] A magas cukortartalom miatt vákuum alkalmazása
A PRÉSELT CIROKLEVEK FERMENTÁCIÓJA
Alkoholkihozatal az elméleti kihozatal arányában (%) Alkohol a fermentált lében (tf%) Az élesztőgombák típusának és koncentrációjának hatása 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 vadélesztők (önerjedés),83% 1,25% 1,67% T22 F,3% F,6% Saccharomyces cerevisiae (nem szelektált) Saccharomyces cerevisiae (szelektált fajélesztő) 8 7 6 5 4 3 2 1
Alkohol (ml/1 ml lé) Alkoholkihozatal % A LÉHEZ ADAGOLT ENZIMEK HATÁSA 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Cellu 3 C+DAP Monori 3 C+DAP+Enzim 1 8 6 4 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
KELETKEZŐ HULLADÉK ÉS EGYÉB MEZŐGAZDASÁGI MELLÉKTERMÉKEK HASZNOSÍTÁSA
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)
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
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,1,25,2 1 2 3 4 5 6 Idő (nap),15,1,5 1 2 3 4 5 6 Idő (nap) A cellulóz-hidrolízisre ajánlott előkezelés: Faforgács: lúgos előfőzés utáni enzimes hidrolízis Cirokszalma: enzimes hidrolízis
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
Összes cukor (g) Összes cukor (g) A LIGNOCELLULÓZ-HIDROLÍZIS KÖRÜLMÉNYEINEK VIZSGÁLATA Cellu Monori 7 6 5 7 6 5 4 4 3 3 2 2 1 1,15 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
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
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 34,9,5,616 3 4,98 42,2,269 29,8,5 1,34 Az elméleti kihozatal 61,3%-a 4 4.96 43,3,279 24,8,4,616 5 4.95 44,4,288 19,7,4,55 16 14 12 1 8 6 4 2 Alkohol (ml/l) 6,6 6,16 1,34 6,16 5,5 Kinyerhető alkohol (ml/1g préslepény) 1 2 3 4 5 6,6 7,6 13,86 9,95 11,18
FOLYAMATOS ÜZEMŰ FELDOLGOZÁSI TECHNOLÓGIA ELMÉLETI VÁZLATA
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
Enzim szeparálása ultraszűréssel J [lm -2 h -1 ] 18 Ultraszűrés 15 12 9 6 3 1. 1.5 2. 2.5 3. 3.5 4. VRR [-] 1 kda-os vágási értékű PES UF membrán A fluxus a szűrés végére 75 %-al csökkent 47-re csökkent
UF szűrlet nanoszűrése a cukortartalom besűrítése céljából R sz.a. [%] 1 8 6 4 2 Visszatartás Fluxus 12 27 41 55 7 Szűrési Idő [perc] J [lm -2 h -1 ] 4 3 2 1
Ellenállási értékek megoszlása R *1 13 [m -1 ] 7 6 5 4 3 2 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)
Vibráció (VSEP) alkalmazása a gél-réteg csökkentésére
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
KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET!