Formålet med MaxiFuels projektet er at afprøve og videreudvikle konceptet til anden generation produktion af bioethanol fra lignocelluloseholdig biomasse med produktion af biogas og værdifulde biprodukter fra spildestrømmen i pilot-skala. MaxiFuels koncetet er en patenteret teknologi som i laboratoireskala har vist sig at kunne producere bioethanol til en lavere pris end andre koncepter til anden generatios bioethanolproduktion.
Projektbeskrivelse
Det ansøgte EFP projekt har til formål at opskalere i lille-pilotskala den fermenteringsplatform, som danner en af byggestenene i det Danske Bioethanol-koncept. Processen er i dag kun afprøvet i laboratorieskala, som ikke muliggør en kontinuert drift, hvilket er nødvendigt for at bestemme massebalancer og flow. Pilotanlægget vil endvidere blive anvendt til at designe et demonstrationsanlæg baseret på den udviklede teknologi. Pilotanlægget fokuserer på Biocentrum-DTU's og Novozymes kernekompetencer, og danner udgangspunkt for optimering af biomasseudnyttelsen af forskellige forbehandlede biomasser. Fermenteringsplatformen vil bestå af forskellige trin: 1. Enzymatisk hydrolyse (evt. sammen med fermenteringstrinnet); 2. Fermentering til ethanol- og til dels hydrogen og 3. Fermentering af alle restprodukter til metan. Fermentering af pentoser med thermofile bakterier til ethanol og hydrogen er ikke tidligere afprøvet i stor skala på verdensplan- og projektet har derfor stor innovationsværdi. Der anvendes samtidig en nyudviklet kontinuert fermenteringsteknologi, som indeholder samtidig fermentering og vakuumdestillation, hvilket giver mulighed for stor energibesparelse i destillationsdelen. Projektet vil demonstrere maksimal produktion af biofuels- det optimale 'Biorefinery'. For at give projektet den rette dimension vil der indgå forskellige former for forbehandling og biomasser. Anlægget opbygges derfor uden fast forbehandlingsdel, men med en fermenteringsdel, som bliver opbygget direkte i tilknytning til BioCentrum-DTU's pilot faciliteter. Anlægget bliver samtidig knyttet til det personale, der findes her, og er vant til at operere fermenteringsprocesser med nye reaktordesign og med at køre kontinuerte fermenteringsprocesser i større skala. Det vil være muligt at producere forbehandlet biomasse f.x. ved tilslutning af en forbehandlingsenhed eller forbehandlet materiale kan køres til DTU i sterile lukkede beholdere, der vil være designet til at indgå som fortank til pilotanlægget. I forbindelse med et fuldskala ethanolproduktionsanlæg baseret på halm, vil forbehandlet materiale normalt blive opbevaret i mindre tidsrum efter produktion for at nedbringe temperaturen af materialet. Derfor vil en opdeling i separate dele ikke påvirke anvendeligheden af resultaterne. Pilotanlægget vil således kunne fungere som testanlæg for nationale og internationale biomasser og forbehandlingsmetoder, samtidig med, at projektet ikke begrænses til en type forbehandling. En del af den sparede økonomi ved ikke at skulle investere i en forbehandling vil dog blive benyttet til indkøb af forbehandlede biomasser, men begrænsning af projektområdet vil nedbringe kompleksitetsgraden af projektet. Størrelsen af det foreslåede pilotanlæg er blevet fastsat under hensyntagen til formålet om at skabe data, som kan bruges til design af et demonstrationsanlæg. Under de enkelte forsøgskampagner vil hele processen køre med et input på mellem 25 og 125 kg tørstof halm/halmpiller. I slutfasen vil alle de enkelte komponenter være i gang simultant, og hele fermenterings- og destillationssiden vil blive opereret kontinuert. Hele procesforløbet vil bestå af ethanolfermentering, ethanoldestillation, rensning af procesvand samt genbrug af procesvand. Desuden vil on-site produktion af de nødvendige enzymer bliver testet, hvorved enzymerne produceres direkte på stedet og med forbehandlet biomasse som råvare. Enzymer og stammer til on-site test vil blive leveret af Novozymes A/S, og Novozymes A/S vil ligeledes arbejde med på de delforsøg, som vedrører hydrolyse. Data fra pilotanlægget vil blive anvendt til opstilling af en økonomisk model over hele ethanolprocessen, som viser hvorledes effektiviteten af de enkelte delprocesser påvirker det endelig ethanolproduktion. Baseret på den model vil et fuldskalaanlæg blive designet, og en businessplan for implementering af dette step vil blive udarbejdet. Model, fuldskaladesign samt businessplan vil blive udført af E2 A/S i samarbejde med DTU. E2 vil ligeledes bidrage med deres erfaring indenfor biomassehåndtering af halm, logistik omkring håndtering af halm samt prissætning af både transport og håndtering
Resultater
Det skylde integrationen af enestående innovative processer til forbehandling, enzymatisk hydrolyse, kombineret C6 og C5 sukker fermentering samt omsætning af restprodukter til biogas. MaxiFuels pilotanlægget består af alle væsentlige trin i det integrerede koncept og er dermed enestående i verden til afprøvning af et fuldt integreret produktionskoncept af bioethanol og biogas. Afprøvning af teknologien i pilotskala sker mht. en senere implementering i fuldskala. Samtidig skal de enkelte trin af konceptet optimeres for at maksimere biomasseudnyttelse til biofuels (bioethanol, biogas og brint). Efter byggefasen i starten af 2006 startede driften af pilotanlægget i august 2006 baseret på halm. I de følgende testfaser blev både selve procesudstyret testet og tilpasset og processernes effektivitet øget. Tilpasning af procesudstyret gjorde en ombygning af enkelte tanke og deres udstyr nødvendig. Samtidig blev proceparametre (opholdstid, tørstofkoncentrat, enzymkoncentration etc.) justeret i hvert trin af konceptet for at optimere udbyttet og produktiviteten. Overordnet set er driften af pilotanlægget igangsat og forsøgene gennemført som planlagt i den oprindelige ansøgning. Forskellen har dog været at optimering af de enekelte processer blev gennemført parallelt med en kontinuerlig tilpasning af de forskellige procestrin for at forkorte tiden til optimering af hele konceptet. Dataene af pilotanlæggets drift er blevet anvendt til opstilling af en økonomisk model over hele konceptet, som viser hvorledes effektiviteten af de enkelte delprocesser påvirker den endelige ethanolproduktion. Baseret på denne model er et fuldskalaanlæg blevet designet, og en businessplan for implementeringen af dette step er blevet udarbejdet. Modellen, fuldskaladesign samt businessplan er blevet udført af BioGasol i samarbejde med BioCentrum-DTU.
