Inbicon — датская компания, производящая целлюлозный этанол .
Elsam, датская энергетическая компания, начала рассматривать возможность использования биомассы для производства энергии в 1990-х годах. Первый пилотный завод был открыт в 2003 году и мог перерабатывать 2,4 тонны биомассы в день. К 2005 году пилотная установка была расширена и могла перерабатывать 24 метрических тонны газа в день. Elsam вместе с шестью другими компаниями объединилась в DONG Energy в 2006 году. В 2007 году Inbicon была образована как отдельная дочерняя компания DONG Energy. Первый завод по переработке биомассы Inbicon был открыт в Калундборге в 2009 году и перерабатывал датскую пшеничную солому в топливный этанол второго поколения. Нефтеперерабатывающий завод Inbicon проработал пять лет, продемонстрировав эффективность технологии и технологического проектирования и достигнув заводской мощности в коммерческих масштабах. За это время нефтеперерабатывающий завод продавал свое низкоуглеродное возобновляемое жидкое топливо на 99 станциях Statoil в Дании. [1] После 5 лет работы компания DONG Energy, ныне Ørsted, сочла технологию зрелой и прекратила работу на коммерческом демонстрационном нефтеперерабатывающем заводе Inbicon. [2] [3] В августе 2019 года New Energy Blue, американская компания, партнеры-учредители которой и американская технологическая компания Applied Process Solutions (APS), работали над технологией Inbicon и руководили развитием бизнеса и проектированием переднего плана. к крупномасштабному коммерческому производству с 2009 года приобрела эксклюзивные права на лицензию на технологию для Америки (Inbicon Americas). New Energy Blue провела технико-экономическое обоснование для нескольких объектов на Среднем Западе Америки, где в изобилии имеются сельскохозяйственные отходы (пшеничная солома, кукурузная солома) для снабжения этих будущих коммерческих предприятий в радиусе 50 миль от каждого объекта. New Energy Blue планирует построить несколько объектов для удовлетворения потребностей в поставках низкоуглеродного топлива, таких как штат Калифорния и Канада.
Оптимальным сырьем биомассы, на которое рассчитана технология компании, является пшеничная солома. Тем не менее, они также проверили кукурузную солому, травы, сахарный жом, арундо, сорго и остатки пальмового масла. Таким образом, это адаптируемый процесс, в котором можно использовать наиболее выгодное сырье.
Inbicon использует процесс гидротермальной предварительной обработки после механического кондиционирования сырья. Сутью этого процесса является получение фракции клетчатки и жидкой фракции путем экстракции с использованием горячей воды. В волокнистой фракции этим процессом достигается более 80% лигнина, присутствующего в исходном сырье. [4] Тогда как жидкая фракция содержит: сахара C5, хлориды щелочных металлов и ингибиторы брожения. Основным ингибитором брожения является уксусная кислота . Однако позже ингибиторы ферментации можно удалить путем детоксикации NH 3 при разумных затратах. [4] Поскольку в этом процессе предварительной обработки не используются кислоты или основания, а только вода, он устраняет необходимость экстракции химикатов предварительной обработки после завершения. На начальном этапе процесса гидротермальной предварительной обработки сырье вымачивается и одновременно подвергается воздействию температуры до 100 °C и давления окружающей среды. Это позволяет удалить присутствующий воздух и насытить сырье водой. Следующий этап включает обработку под давлением при повышенных температурах в диапазоне от 170 до 230 °C с добавлением горячей воды или пара в течение примерно 5–15 минут. Эту обработку под давлением можно повторять при различных температурах и давлениях в разных зонах, увеличивающихся с каждым последующим разом, поэтому ее называют противоточным процессом. Пар, выделяющийся в процессе гидротермальной предварительной обработки, собирается и повторно используется в последующих процессах испарения. В ходе гидротермальной предварительной обработки образуются кислоты, благодаря которым фракция волокна становится почти нейтральной по pH. Основное преимущество этого заключается в том, что для ферментативного разжижения практически не придется регулировать pH. [4]
Идея гидротермальной предварительной обработки Inbicon заключается не в удалении гемицеллюлозы и лигнина из фракции волокна, а в том, чтобы свести на нет защиту целлюлозы. [4] Несмотря на то, что Inbicon ясно дает понять, что отказывается быть привязанным к какой-либо теории. Они полагают, что когда лигнин плавится в присутствии воды, из-за его гидрофобной природы он образует микрокапельки, которые затвердевают при более низких температурах. Условия, используемые при предварительной обработке, также гидролизуют гемицеллюлозу. Таким образом, образование микрокапель лигнина и гидролиз гемицеллюлозы нейтрализуют два компонента, защищающих целлюлозу. Этот метод сохраняет сырье в его естественном волокнистом состоянии, одновременно повышая эффективность ферментативного гидролиза. [4]
Inbicon одобрила использование ферментов трех компаний для своего запатентованного метода производства целлюлозного этанола: Novozymes , Genencor и Royal DSM .
По состоянию на 2012 год Novozymes производит Cellic CTec3, представляющий собой комплекс целлюлазы и гемицеллюлазы. Это третье поколение данного комплекса CTec. Они усиливают ферментативную активность за счет добавления соединений GH61. Компания утверждает, что на основе улучшенных β-глюкозидаз и новой активности гемицеллюлазы она значительно более эффективна при преобразовании по сравнению с CTec2. [5] Novozymes также предлагает Cellic HTec3, который представляет собой гемицеллюлазный комплекс, обладающий различной эндо-ксиланазной и бета-ксилозидазной активностью. В сочетании с CTec3 можно повысить эффективность преобразования. [6]
DuPont Bioscience, официально Genencor, предлагает свою продукцию ACCELLERASE® TRIOTM, полученную из генетически модифицированной Trichoderma reesei . Этот комплекс состоит из экзоглюканазы , эндоглюканазы , гемицеллюлазы и β-глюкозидазы . Ферментный комплекс компании можно использовать для различных предварительных обработок, включая: щелочную, AFEX, разбавленную кислоту, паровой взрыв и термическую/механическую обработку. Последний из процессов является выбранным методом Inbicon. Для оптимальной работы в рекомендациях компании указывается pH в диапазоне 4–6 и температура 40–57 °C. Количество используемого фермента зависит от выбранного сырья биомассы, но находится в диапазоне 0,03-0,16 мл на грамм биомассы. [7]
У DSM есть ферментный коктейль для производства целлюлозного этанола. Этот коктейль содержит термостабильные целлюлазы, которые работают более эффективно при 60 °C, чем при 50 °C, что снижает затраты на охлаждение во время производства. Коктейль также имеет длительную стабильность при хранении. DSM утверждает, что при комнатной температуре минимум 3 месяца. 14) DSM также утверждает, что, поскольку его можно производить на месте, он снижает транспортные расходы и повышает надежность цепочки поставок. Этот ферментный коктейль был протестирован на демонстрационном заводе Dong Energy-Inbicon в Калундборге. Они подтвердили и подтвердили, что ферменты DSM обеспечивают такой же высокий выход, и показали, что это благоприятно для промышленного производства целлюлозного этанола. [8]
Считается, что предпочтительным этанологеном для ферментации является ферментирующий микроб C6, поскольку в этом процессе в конце ферментации восстанавливается патока C5. [9]
Inbicon создала свой первый пилотный завод в 2003 году. Второй пилотный завод компания открыла в 2005 году. Наконец, в декабре 2009 года в Калундборге, Дания, было объявлено о запуске производства. Эта установка включает в себя две линии предварительной гидротермальной обработки различного количества. Максимальная производительность одной линии составляет 100 кг, а другой — 1000 кг лигноцеллюлозной биомассы в час. На пилотной установке используются только промышленные дрожжи, сбраживающие сахара С6. Этот завод при загрузке 30 тысяч тонн пшеничной соломы сможет производить 5,4 миллиона литров этанола в год. Завод также производит 13 100 т окатышей лигнина и 11 250 т патоки С5. На своей первой пилотной установке они использовали 2,4 тонны сырья в день. Пилотная установка по масштабированию в 2005 году добилась десятикратного увеличения производительности до 24 тонн в день. Наконец, в 2009 году на демонстрационном заводе в Калундборге они смогли перерабатывать 100 тонн в день. Будущая цель Inbicon — построить завод, который сможет использовать 1200 тонн сырья в день. [10]
Завод по переработке биомассы Inbicon финансируется за счет грантов, полученных от датской программы EUDP и рамочных программ. [11]
Программа развития и демонстрации энергетических технологий (EUDP) обеспечивает финансирование разработки новых энергетических технологий, которые сокращают выбросы CO 2 , менее вредны для окружающей среды и приводят к сокращению потребления ископаемого топлива. [12] Inbicon получила 76,7 млн датских крон (10,3 млн евро) от датского EUDP на проектирование и строительство завода по переработке биомассы.
Inbicon также поддерживается Европейской седьмой рамочной программой на сумму 67,7 млн датских крон (9,1 млн евро). Рамочные программы создаются Европейским Союзом для содействия исследованиям в Европейском исследовательском пространстве. 20 мая 2010 года было объявлено, что Комиссия Европейского Союза станет партнером четырех европейских проектов по производству биотоплива, одним из которых был проект по производству целлюлозного этанола в Калундборге на заводе Inbicon. [13] Inbicon также получила грант от Европейской пятой структуры на развитие завода по переработке биомассы.
Компания Inbicon запатентовала метод нестерильной ферментации этанола. При предварительной обработке и ферментативном гидролизе биомассы высвобождаются микробные ингибиторы, оказывающие существенное влияние на ферментацию. Кроме того, в нестерильных условиях трудно предотвратить бактериальное загрязнение, особенно молочнокислыми бактериями, такими как лактобактерии. Компания Inbicon обнаружила диапазон концентраций, при котором ингибиторы ферментации только подавляют рост молочнокислых бактерий, но практически не влияют на ферментирующие дрожжи. Определив оптимальные уровни ингибиторов брожения, дрожжевое брожение можно проводить в нестерильных условиях. Эти оптимальные уровни могут быть достигнуты путем контроля соотношения вода/биомасса лигноцеллюлозной биомассы во время и после предварительной обработки. [14]
Прежде чем лигноцеллюлоза подвергнется ферментативному гидролизу, ее необходимо предварительно обработать, чтобы разрушить ее сложную структуру и обнажить целлюлозу. Предварительная обработка обычно включает нагревание лигноцеллюлозного сырья при высокой температуре (100–250 °C), что требует много энергии и очень дорого на коммерческом уровне. Компания Inbicon запатентовала метод использования силосованной биомассы для производства биоэтанола, который не требует дорогостоящего нагрева и предварительной химической обработки. Силосованную биомассу можно подвергнуть ферментативному гидролизу без предварительной обработки. [15]
Ферментативный гидролиз лигноцеллюлозного сырья требует высокой концентрации фермента для преодоления низкого ферментативного гидролиза. Слабый ферментативный гидролиз можно объяснить лигнином, который блокирует доступ ферментов к целлюлозе. Существует несколько способов снижения влияния лигнина на ферментативный гидролиз, одним из которых является использование добавок ПАВ. Компания Inbicon обнаружила, что при высоком содержании сухого вещества ферментативный гидролиз может осуществляться в присутствии полиэтиленглицерина. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)