BioetanolBiodízelGlicerin Biotechnológia

(1)

Biotechnológia

Bioetanol Biodízel

Glicerin

(2)

Élesztő anyagcsere

(3)

Alapanyagok

• Cukor

• Keményítő

• Cellulóz

(4)

Alapanyagok

• Cukor

• Keményítő

• Cellulóz

(5)

Alapanyagok

• Cukor

• Keményítő

• Cellulóz

• 2x10¹¹ tonna biomassza/év/Föld, fele cellulóz

• Cellulóz, hemicellulóz, lignin

• Kristályos, stabil szerkezet: nehezen bontható

(6)

Bioetanol folyamatábra cukorra

Biomassza termelés

Glükóz

fermentáció Etanol kinyerés Etanol tisztítás

Fermentációs maradék

(7)

Bioetanol folyamatábra keményítőre

Biomassza termelés

Glükóz

Fermentációs maradék Enzim

gyártás:

amiláz, glukoamiláz Keményítő

enzimes előkezelés Keményítő fiziko-kémiai

előkezelés

(8)

Bioetanol folyamatábra cellulózra

Biomassza termelés

Glükóz

Fermentációs maradék + lignin Enzim gyártás:

exo-, endo glükanázok, glükozidáz, xilanáz Cellulóz

enzimes előkezelés

Cellulóz fiziko-kémiai

előkezelés

Pentóz fermentáció

(9)

Bioetanol keményítőből

• Fizikai- kémiai előkezelés

– Keményítő hidrofób – Hense edény

• Hidrátburok főzéssel

(10)

Bioetanol keményítőből

• Enzimes előkezelés cefrekádban

– Keményítő elágazó cukorpolimer – α-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 keményítőből

• Fermentáció

– Élesztő: anaerob fermentorban

– 15-35 ^◦C, kevert, fed-batch vagy folyamatos – 10-15 % EtOH tartalmú fermentációs termék

• termékgátlás

• biomassza

(12)

Bioetanol keményítőből

• EtOH kinyerés

– Desztilláció

• Rozsdamentes acél

• 82-87 % EtOH + H₂O

(13)

Bioetanol keményítőből

• EtOH tisztítás

– Acetaldehid mentesítés

• 1-2 %, erős oxidálószer

• Desztilláció rézedényben

– Vízmentesítés

• Adszorpcióval

• 96-100 % EtOH

– Üzemanyag kiegészítőként – Kémiai ipari alapanyagként

(14)

Bioetanol gyártás

• Fejlesztési területek

– EtOH tűrő élesztő

• GMO

– EtOH termelő baktérium

• pl. Zymomonas mobilis

– mezofil, gyorsan szaporodik, GMO

• Thermoanaerobacter aethanolicus

– termofil, gyorsan szaporodik, hatásfok nő

– Immobilizálás

• Élesztőre, 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

• Égéshő ≈ benzin

• Párolgáshő alacsonyabb

– Hidegindítás

• Csak vízmentes EtOH keverhető benzinnel!

(17)

Bioetanol felhasználás

• Vegyipari alapanyag

• Fermentációs ipari alapanyag

– Polihidroxi alkánsavak – Ecetsav

• Takarmány kiegészítő

– Marhahús puhítás

• Dízel olaj adalék

– peroxidokkal

(18)

Fermentációs maradék: szeszmoslék

• 1 lit EtOH + 10 lit maradék

– Takarmány kiegészítő – Energia: biogáz

(19)

Fermentációs maradék: szeszmoslék

• 1 lit EtOH + 10 lit maradék

– Takarmány kiegészítő – Energia: biogáz

megújuló fenntartható

hőenergia, áram hőenergia,

áram

szerves anyag szerves

anyag

bioma

ssza bioma

ssza biotrágya

biotrágya

energia

energia energia

energia

(20)

Bioetanol gazdaságosság

• Alapanyag: cukor – cukorpolimer

• Energiaigény

– Teljes költség kb. 40 % – Fosszilis vagy megújuló

• Megújuló: égetés vagy biogáz

• Hidrolizáló enzimek

– Keményítő: 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 körülményektől függ mérsékelt égövben

(21)

Bioetanol gazdaságosság

(22)

Biodízel

• Alternatív üzemanyag dízel motorba

• Növényi olajból vagy állati zsírból

– lebomlik, környezetbarát, megújuló

• Monoalkil észter trigliceridészterből

Fatty Acid Alcohol Glycerin

Vegetable Oil

Biodiesel

FA FA FA FA

(23)

Biodízel

• Rudolf Diesel:

– földimogyoró olaj

• Ma:

– növényi olaj vagy átészterezett

– tiszta biodízel (B100) vagy keverhető dízel olajjal

• Meglevő motorokban meglevő elosztóhálózaton

(24)

Megújuló, környezetbarát

0 20 40 60 80 100 120 140 160 %

Benzin Földgáz Dízel Etanol 85%

B20 Elektromos B100

B100 = 100% Biodízel B20 = 20% BD + 80% DO

Relatív CO₂ emissziók

(25)

Átészterezés

• R

₁

, R

₂

, R

₃

lehet ugyanolyan vagy különböző zsírsav

• Meghatározza a biodízel minőségét

triglicerid metanol zsírsav észterek glicerin

(26)

Biodízel gyártási folyamat

(27)

Biodízel alapanyagok

• Repce

• Napraforgó

• Szója

(28)

Biodízel felhasználás

(29)

Biodízel melléktermékek

• Melléktermékek

– Dara, olajpogácsa – Növényi biomassza

– Glicerin (MeOH szennyezett)

• Felhasználás

– Takarmány – Biomassza

• Égetés

• Biogáz

– Glicerin

• Kozmetikai ipar

• Vegyipar

• Biogáz

(30)

Biodízel gazdaságosság

• Alapanyag

– Növénytermesztési költségek, energia igény – GMO vagy hagyományos nemesítés

• Életciklus költségszámítás

– Fosszilis felhasználás a gyártás során – Állami támogatás

• Közvetlen támogatás

• Jövedéki adó

– Energia a maradékból

• Fosszilis energiahordozót vált ki

• Költségcsökkentő

(31)

Glicerin

• Legegyszerűbb poliol

• Vegyipar: kőolajból

– Krakkolás – Klórozás

– Hidroxilezés

– Klórozott melléktermékek

(32)

Glicerin gyártás

• Biodízel melléktermék

(33)

Glicerin gyártás: élesztő

• Kénessav (H

₂

SO

₃

)

– acetaldehiddel komplexet képez

– NADH felszaporodik – Alternatív NADH

oxidációs útvonal kell – Gyenge hatásfok

• 5-6 % glicerin

• Kevert termékek

(34)

Glicerin gyártás: Dunaliella

• Dunaliella tertiolecta

– Sótűrő alga (0,1-5M NaCl) – pl. Holt tengerben

• Ozmoreguláció

glycerol

(35)

Glicerin gyártás: Dunaliella

• Dunaliella tertiolecta

– Sótűrő alga (0,1-5M NaCl) – pl. Holt tengerben

• Ozmoreguláció

(36)

Glicerin gyártás: Dunaliella

(37)

Glicerin gyártási folyamat

(38)

Glicerin gyártás: kinyerés

• Forráspont magas

– Vákuum desztilláció – Oldószer extrakció – Spray drying

• Alacsony hatásfok

– Nagy veszteségek

(39)

Glicerin gyártás: melléktermék

• β-karotin

– Antioxidáns

– Tumor prevenció

• Más források

– Sárgarépa, lazac – Rákok (krill)

(40)