potential stärkehaltiger reststoffe als substrat für die ... · 2 mio t/a (lösche, symposium ttz...
Post on 17-Sep-2018
214 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
1403.2012
Potential stärkehaltiger Reststoffe als Substrat für die Bioethanolproduktion
Timo Broeker, Prof. Jan Schneider
6. Fachgespräch dezentrale Ethanolerzeugung, Haus Düsse
2 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Fachgebiet Getränktechnologie
Erbslöh Geisenheim AG
3 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Projekthintergrund und -ziel
1. Probleme der Biokraftstoffe:
schwach positive Energiebilanzen
Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion
2. Situation für mittelständische Brennereien:
Ende der Subvention durchs Branntweinmonopol
Hohe Rohstoffkosten
Bedarf nach alternativen Substraten
4 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Zucker Marmelade,
Fruchsaftkonzentrat
Stärke Brot,
Knabbergebäck,
Kuchen
schwer
konvertierbare
Kohlenhydrate Lignocellulose,
Lactose, Pentose
Reste der
Nahrungsmittel -
industrie
5 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Waste bread
Potential for Germany:
600.000 t/a = 8 – 10 % of used flour (Martens, 2001)
560.000 – 700.000 t/a (Achstetter, et al., 2008)
Südwürttemberg: 10.000 t/a (Mack, 2009)
Germany ~ 450.000 t/a
Austria: 60.000 t/a (3rd BOKU Waste Conference, Vienna, 2009)
Germany ~ 580.000 t/a
2 Mio t/a (Lösche, Symposium ttz Bremerhaven 2011)
6 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Waste Bread
Potential for Germany:
600.000 t/a
dry matter ~ 55 - 60 %
Ethanol yield = 28 g Ethanol per 100 g Waste Bread
~ 165.000 m³ Ethanol
~ 84 Mio. €
~ 1292 GWh calorific value
“Biblis A” ~ 1224 GWh
7
Technologische Aspekte des Forschungsprojekts
Zerkleinerung Maischen Gärung Destillieren
8 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Kriterien:
Ethanol Konzentration in der Maische
cEtOH [% mas. or % vol.]
Gehalt Trockensubstanz
TS [%]
Ethanol Ausbeute / Yield für trockene Substrate
YEthanol [g / 100 g]
Product yield for dry matter substrate
YP /S [g / g]
9 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Altbrot
10 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Altbrot
Zerkleinerung:
Vergleich bei unterschiedlichen Korngrößen
Probe A: Große Stücke Probe B: feine Vermahlung
dp = 5 - 10 cm dp < 2,5 mm
11 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Enzymatische Verflüssigung innerhalb von 6 h
12 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Waste bread
Zerkleinerung:
Vergleich bei unterschiedlichen Korngrößen
Probe A Probe B
dp = 5 - 10 cm dp < 2,5 mm
Y p/s = 0,30 Y p/s = 0,31
13 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Reduction of stirrer power demand ~ 90 %
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Po
wer
P [
W]
Time t [min]
T = 80 °C
TI
I-23
RI
MD
Hydrolyzation of bread mash by Enerzym alpha
14 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Saccharification of bread mash by
Enerzyme Gamma
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0
Co
nce
ntr
ati
on
[g
/l]
Time [h]
Oligosaccharide
Maltose
Glucose
Gesamtzucker
90- 96 %
saccharification
of input starch
T = 60 °C
15 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Fermentation parameters
Temperature:
35 °C
Time:
72 h (remaining sugar < 1 g/l)
Yeast Dosage:
1 g/l after rehydration
pH:
5,0 (goes down to 4,0)
16
Potential substrates
17 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Sample Dry matter
[g/kg]
Ash
[g/kg]
Kjeldahl
Protein
[g/kg]
Non-
digestable
fiber
[g/kg]
Fat
[g/kg]
Total
sugar
n. R.
[g/kg]
Starch
[g/kg]
Bread (dried) 943,90 12,80 111,00 106,10 5,10 4,20 702,00
Choclate
croissant
940,00 6,80 54,50 80,54 307,00 252,20 250,10
whey bran 848,20 60,00 141,70 317,10 29,10 111,80 209,70
Dinkel Kleie 875,10 56,90 162,50 330,00 37,70 38,50 213,40
Kaffeeschale 890,00 47,00 63,00 680,00 13,20 87,50 -
Biertreber 220,00 7,00 36,30 215,70 9,60 4,30 0,00
Roggen-
vollkornmehl
874,20 13,60 85,40 0,00 15,50 65,87 662,20
Spelzen-
/Mehlstaub
891,70 110,90 70,90 560,00 20,70 81,00 34,00
Stärke 970,00 0,30 3,50 0,00 2,10 3,00 995,30
Stroh 934,50 38,10 25,00 850,00 20,70 0,00 0,00
Puddingreste, 272,00 2,50 29,70 34,67 38,30 148,00 28,70
Salzstangen-
bruch (satly
snacks)
960,10 70,20 105,60 0,00 34,70 0,00 769,60
18 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Sugar
Pudding
d.m. 25,2 %
pH 4,2
C Ethanol 5,15 % mas.
Y p/s 0,20
19 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Starch
Salty sticks
d.m. 96,0 %
pH 5,3
C Ethanol 7,52 % mas.
Y p/s 0,33
20 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Starch and sugar
Cake waste
d.m. 36,22 %
pH 4,8
C Ethanol 8,07 % mas.
Y p/s 0,22
21 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
- Altbrot TS = 55-77 % Y p/s = 0,30 - Knabbergebäck TS = 96,0 % Y p/s = 0,33 - Puddingreste TS = 25,2 % Y p/s = 0,20 - Kuchenabfälle TS = 75,2 % Y p/s = 0,22 - Cerealien Produktionsabfall TS = 85,0 % Y p/s = 0,31 - Verpackungschips TS = 98,0 % Y p/s = 0,36 - Reis (kontaminiert) TS = 97,0 % Y p/s = 0,26 - Angebrannter Mais TS = > 80 % Y p/s = 0,05
22
Ergebnisse
23 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Gärdauer
Y p/s = 0,33 C EtOH = 4,98 %
Y p/s = 0,33 C EtOH = 6,87 %
Y p/s = 0,31 C EtOH = 8,13 %
Y p/s = 0,32 C EtOH = 9,43 %
Y p/s = 0,23 C EtOH = 8,84 %
0
1
2
3
4
5
6
15 20 25 30 35
Zeit
t [
d]
Gehalt TS [%] in der Maische
Zeit bis zumEndvergärgrad [d]
24 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Ethanol concentration
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15 20 25 30 35 40
Eth
ano
l co
nce
ntr
atio
n [
% m
as.]
Substrate dry matter [%]
max. 8,8 % mas.
( 11,0 % vol. )
25 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Yield Substrate
0
5
10
15
20
25
30
35
15 20 25 30 35 40
Eth
ano
l Yie
ld [
g/1
00
g d
.m.]
Substrate dry matter [%]
26 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
5
10
15
20
25
30
35
15 20 25 30 35 40
Eth
ano
l co
nce
ntr
atio
n [
% m
as]
Eth
ano
l Yie
ld [
g/1
00
g d
.m.]
Substrate dry matter [%]
Ethanol Yield
Ethanol concentration
Yield Substrate
Ratio 1 - 1
27 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Yield vol/t
0
5
10
15
20
25
30
35
24 48 72
Yie
ld [
g Et
han
ol /
10
0 g
dry
mat
ter
sub
stra
te]
Fermentation time[h]
Yeast Dosage 0,2 g/l
Yeast Dosage 1,0 g/l
Yeast Dosage 3,0 g/l
28 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Example of ethanol yield in a production week (6 days)
Time per batch [h]
24 48 72
Ethanol per 6 days
[g/100 g d.m.] 138 84 61
29
Großversuch Brennerei Rockstedt
mit freundlicher Unterstützung der Firma Harry Brot
30 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
31 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Großversuch Brennerei Rockstedt
32 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
33 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
34 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
35 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Ergebnisse Großversuch Rockstedt
Masse Ethanol Ausbeute pro kg
YP /S Differenz
Brennerei 10,4 t 2453 L 240 ml r. A. 0,19
~ 15 % Labor 1,0 kg 0,280 L 280 ml r. A. 0,23
36
Biogasverwertung der Schlempe
37 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Bagasse Biogas Potential:
Potential bezogen auf
Trockenstoff
Bioethanol höherer Wert als
Biogas
Methanbildungspotential
wird durch die
Bioethanolproduktion
verbessert
93 Liter pro kg Schlempe
(400 Liter pro kg frisches Brot)
38
Fazit
39 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Fazit:
Stabiler Prozess
Wirtschaftlichkeit gegeben in Abhängigkeit von der
Substratbeschaffung
Kopplung mit Biogas sinnvoll
Umsetzung in die Praxis ist bereits erfolgt
Vernetzung der Anbieter und Abnehmer sinnvoll
40 21.03.2012 – T. Broeker– Bioethanol
Technologische Hilfestellung
Technologische Hilfestellung
TagungenTagungenKontakte
Kontakte
VereinbarungenVereinbarungen Online -Portal
Online -Portal
Netzwerk zur Verwertung stärkehaltiger Industrie-Reststoffe
EnerW.net
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Timo Broeker
FB 4 – Life Science Technologies
Telefon 05261 – 702 - 5945
Telefax 05261 – 702 - 5968
timo.broeker@hs-owl.de
www.hs-owl.de/fb4
top related