voorbehandeling lignocellulos e rijke biomassa han vervaeren bart ryckaert
TRANSCRIPT
![Page 1: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/1.jpg)
VOORBEHANDELING
Lignocellulose rijke biomassaHan Vervaeren Bart Ryckaert
![Page 2: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/2.jpg)
Voorbehandeling• Inleiding
•Enkele Technieken
•Besluit
![Page 3: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/3.jpg)
Inleiding
+ -Opslag KostprijsTransportEnergie inhoudBetere conversie
Anaerobe vergisting sneller + vollediger
![Page 4: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/4.jpg)
Wat gebeurt er?
Specifiek oppPorositeitdepolymerisatiegraad
Biodegradatie vs biobeschikbaar
![Page 5: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/5.jpg)
Hoe evalueren?
![Page 6: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/6.jpg)
Indeling…in literatuur en in praktijk
• Literatuur
Mechanisch en/of fysisch
Chemisch en/of fysico-chemisch
Biologisch
•Praktijk
Conventioneel Mechanisch Silage (biologisch) Thermo-(mechanisch)
Niet-conventioneel Chemisch Ultrasoon Thermisch Enzymatisch/biologisch Microgolven, etc.
![Page 7: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/7.jpg)
Mechanische voorbehandelingen
![Page 8: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/8.jpg)
Mechanische voorbehandeling
• Effect op biomassa• Verkleinen partikelgrootte• Vergroten aandeel VS• Vrijstellen celinhoud• Verlagen polymerisatiegraad
![Page 9: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/9.jpg)
Mechanische voorbehandeling
• Effect tijdens vergistingsproces• Vergroten contactoppervlak• Versnellen vergistingsproces door
snellere hydrolyse• Verbetert toegankelijkheid biomassa
voor micro-organismen
![Page 10: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/10.jpg)
a. Mix aardappelen – appels - wortelen:
stukken van 2 cm vermalen
b. Vlees: stukken van 2 cm vermalen
0
c. Zonnebloemkernen: kern zonder schaal 5 mm
vermalen
d. Hooi: stukken van 1.5 cm
vermalen
e. Denneloof: stukken van 2 cm vermalen
![Page 11: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/11.jpg)
Effect op partikelgrootte en VS-aandeel in gras
(Linkmark et al.,2012)
![Page 12: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/12.jpg)
Effect op vergistingsproces
(Linkmark et al.,2012)
![Page 13: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/13.jpg)
Mechanische voorbehandeling
• Hydrolysatiegraad verhoogt:• 5-25%
• Verhoging biogasopbrengst:• 5-50%
• HRT verkort:• 23%-59%
• Elektrische efficiëntie• Gaand 8 keer meer output dan input tot
negatief
Hendriks et al., 2008, Lindmark et al., 2012
![Page 14: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/14.jpg)
Mechanische voorbehandeling
Quickmix (vogelsang)Inclusief homogeniseren en mengen
![Page 15: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/15.jpg)
SILAGE
![Page 16: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/16.jpg)
HomofermClostridium
-CH3CHOHCOOH-CO2
Heteroferm
-CH3CHOHCOOH- CH3COOH- CH3CH2OH
- CO2
CO2
Gisten, schimmelsEnterobac
Enzymatische behandelingBiologische behandeling wit-rot schimmels (Wan & LI, 2012)
![Page 17: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/17.jpg)
Verhoogt silage de methaan opbrengst?
• Van 11 – 17 % (Hermann et al., 2012, Vervaeren et al., 2010) (op mais, gierst, tarwe, rijst) in batch maar compensatie nodig voor :
▫ ODM verliezen▫ Wijziging samenstelling ODM na ensilering
Rond de 3- 7 % meerwaarde
![Page 18: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/18.jpg)
Kunnen we met silage additieven dit verhogen?
•Mogelijks…. doch verder onderzoek nodig
Bonsilage
Silasi
l Energ
y
Sil-al
l 4 x
4
Microfer
m
Lalsil
Dry
Lalsil
Fresh
Aveve
enzym
mix0
2
4
6
8
10
12
Mee
rwaa
rde
Nm
3 CH
4/to
n O
DM ra
w
(Vervaeren et al., 2010)
![Page 19: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/19.jpg)
Biologisch• + Goedkoop• + Eenvoudig• + weinig risico op inhibitoren
• - Lage meeropbrengst• - Lange tot zeer lange tijden nodig• - Werking niet altijd gegarandeerd• - Selectiviteit niet gegarandeerd
![Page 20: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/20.jpg)
Silageadditieven – test praktijkvergister
![Page 21: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/21.jpg)
Test inkuiladditieven pilootvergister Inagro• Inkuilen maïs met en zonder inkuiladditief• Basis periode van 40 dagen, testperiode
van 40 dagen
![Page 22: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/22.jpg)
Test pilootvergister
basisperiode Proefperiode0
100
200
300
400
500
600Vergelijking gemiddelde bruto-
elektriciteitsproductie
Ele
ktr
icit
eit
spro
ducti
e (
kW
h/d
ag)
![Page 23: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/23.jpg)
Thermo-mechanische voorbehandelingen
![Page 24: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/24.jpg)
Types
• Extruder• Mbv vijzels wisselende drukken en
temperaturen creëren• Verkleine partikelgrootte• Scheuren cellen• Toegankelijker maken ligno-cellulose
door depolymerisatie• Stoomexplosie
• Injectie stoom onder hoge druk gevolgd door een snelle drukval
• Lyseren cellen• Toegankelijker maken ligno-cellulose
(Hjorth et. Al, 2011, Horn et. Al, 2011)
![Page 25: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/26.jpg)
Extruder
Hjorth et. Al, 2011
![Page 27: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/27.jpg)
Extruder – elektrische efficiëntie
Hjorth et. Al, 2011
![Page 28: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/28.jpg)
Voor- en nadelen
• Voordelen• Geen chemische additieven• Simpele techniek• Sterke mechanisatie mogelijk
• Nadelen• Energie-efficientie: grote verschillen• Effect sterk afhankelijk type biomassa• Investeringskost
![Page 29: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/29.jpg)
Pre-hygiënisatie : thermisch
![Page 30: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/30.jpg)
Pre-hygiënisatie• Voor vergisting een hygiëniseringsstap
doorvoeren• 60 minuten aan 70°C• Thermische voorbehandeling
![Page 31: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/31.jpg)
Hygiënisatie voor vergisting
• Test op mengsel mest + groentenafval
(Luste et al., 2011)
Prehygiënisatie
Ultrasone behandeling
Geen behandeling
Onbehandelde mest
![Page 32: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/32.jpg)
Chemisch
![Page 33: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/33.jpg)
• ZUREN
▫ H2SO4, HCL, HNO3 en H3PO4
▫ Geconcentreerde (30 – 70 %) of verdunde (0,5 – 2 %)▫ ! vorming H2S en NH3 alsmede aromatische aldehyden (furfural/HMF)▫ Vnl ingrijpend op hemicellulose (Monlau et al. 2012)
Zuren Voordelen NadelenGeconcentreerd • Lage temperaturen
• Hoge suikeropbrengsten• Hoog zuurverbruik• Corrosie• Moeilijke terugwinning• Toxisch• Condensatie en precipitatie lignine• Ongewenste bijproducten (adaptatie)• neutralisatie achteraf
Verdund • Laag zuurverbruik • Corrosie• Hoge temperaturen• Adaptatie voor bijproducten
![Page 34: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/34.jpg)
• Alkalisch▫ NaOH > KOH > Mg(OH)2 > Ca(OH)2 > NH4OH (Chandra et al., 2012)▫ Verzeping van zure suikergroepen toegankelijker▫ Oplossen hemicellulose en (minder) lignine▫ Herbruikbaar▫ Biomassa verbruikt vrije alkaliën voor neutralisatie (+/- 3 % zonder meerwaarde)
• Oxidatief▫ Toedienen van H2O2 (Fe 2+), CH3COOOH (van 1 tot > 20 %), Cl2, O3, O2
▫ Zal naast cellulose vooral lignine aanvallen (inhibitie door oplossen aromaten)▫ Minder geschikt wegens ook cellulose oplossend en niet selectief
Bij alle drie▫ verhoogd watergebruik▫ uitspoeling opgeloste koolstof mogelijk▫ Vervluchtiging mogelijk van koolstof▫ neutralisatie nodig (zuren)▫ Alkalisch meestal betere resultaten▫ Haalbaarheid? praktische problemen !▫ Kristalliniteit van cellulose niet aangepakt
![Page 35: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/35.jpg)
Wijze van toediening : NaOH bij maïs
Onderzoek Enbichem – Inagro - 2009
0 5 10 15 200
50
100
150
200
250
300
350
Onbehandeld gemiddelde Vernevelen gemiddelde Weken gemiddelde Dagen
Biogas (Nm³/ton vers)
18 %
Vernevelen : 30 % (350 ml/kg VM), weken : 4 % (2,6 L/kg VM)
![Page 36: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/36.jpg)
Thermochemisch• Grote toename mogelijk (> 200 % (bv. rijsstro) ), maar optimalisatie noodzakelijk!
Ook sterke reductie in HRT mogelijk.
0 5 10 15 20 25 300
50
100
150
200
250
300
time (days)
Met
hane
yie
ld (
NL
CH
4 kg
--1
VS
-1 )
Onderzoek Enbichem 2012
(Lopez et al., to be submitted)
![Page 37: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/37.jpg)
Thermochemisch (Monlau et al., 2012)
•Vb. op zonnebloemsteel (invloed van temperatuur)
4 %
10 %
![Page 38: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/38.jpg)
Solventen en ionische vloeistoffen• Organosolvents (OS) of ionische vloeistoffen (IV)
▫ OS : Methanol, ethanol, ethylene glycol, etc.
▫ + herbruikbaar, efficient (50 – 80 % delignificatie)▫ + selectief cellulose//lignine//hemicellulose▫ + goed stuurbaar
▫ - noodzaak voor recovery (via E/C, water, alcoholen)▫ - (zeer toxisch), hygroscopisch▫ - in combinatie met hoge temperaturen▫ - zeer dure vloeistoffen, uitgebreide apparatuur, experimenteel▫ - Bio-ethanol industrie, bio - refenery
![Page 39: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/39.jpg)
Andere…the list goes on..
• Vries-dooi• Sonicatie• Microgolven• Superkrtisch water/CO2• Verkoling, torrefecatie, pyrolyse,..• etc
![Page 40: VOORBEHANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062405/5551a0ee4979591f3c8b6d27/html5/thumbnails/40.jpg)
Conclusies
• Soms groot potentieel , andere veel minder• Trade-off• Veel nog experimenteel• Complex gegeven• Opschaling weinig bekend
• Belangrijkst: m³ CH4/ton vers
• Bv. toevoeging van grote hoeveelheden water?• Opschaling: haalbaarheid, kost, onderhoudskost,
investeringskost,..• Bv. toevoeging van grote hoeveelheden NaOH
• Energie-input <-> energie-output• Bv. Hoge dosissen ultrasone trillingen