Så gör vi socker och etanol av cellulosa

Den process som utvecklats av SEKAB E-Technology består i huvudsak av fyra steg: förbehandling, enzymatisk hydrolys, jäsning och Upparbetning.

När råvaran har kommit in i anläggningen förs den till ett kärl där den förbehandlas med syra och ånga vid 200 graders temperatur. Det frigör socker ur hemicellulosan. Processen omvandlar materialet till en grötliknande så kallad slurry. I nästa steg neutraliseras syran i slurryn för att miljön ska bli den rätta för senare reaktioner.

Därefter förs blandningen över till ett annat kärl och enzymer. Enzymerna bryter ned cellulosan till socker. Sockret kan separeras ut och användas i till andra processlösningar. Vill man tillverka etanol eller någon annan kemikalie med hjälp av jäst, tillsätts jästen och kanske vatten. Jästsvamparna jäser sockret från både hemicellulosa och cellulosa till etanol eller andra kemikalier.

För att komma åt etanolen destilleras hela slurryn och etanolen tas till vara, renas och avvattnas. Det som återstår i slurryn utgörs till största delen av fast lignin som filtreras bort och torkas. Ligninet kan användas som biobränsle eller förädlas till andra produkter.

I vattnet som blir kvar finns rester i form av lösta ämnen. Dessa rötas med hjälp av bakterier till biogas. Den kan användas för att förse anläggningen med energi eller förädlas och säljas vidare.

Förbehandling

I det första steget förbehandlas råvaran med utspädd syra(svavelsyra eller svaveldioxid) och ång till ca 170 – 200 grader beroende på råvara,, vilket omvandlar hemicellulosa till socker.

Hemicellulosa är mer lättillgänglig och reaktiv än de långa cellulosamolekylerna och är uppbyggt av olika monosackarider, i huvudsak mannos, glukos, xylos och arabinos. Förbehandlingen frigör socker från hemicellulosan och gör cellulosan tillgänglig för enzymatisk hydrolys.

Enzymatisk hydrolys

I det andra steget tillsätts enzymer som hydrolyserar cellulosan till sockerarter. Eftersom cellulosa främst består av sammanlänkade glukosmolekyler återstår efter processen glukos, dvs. vanligt socker. Detta kan jäsas till etanol.

SSF och SHF är varianter av den enzymatiska hydrolysprocessen.

Simultan hydrolys och jäsning (SSF)

SSF är en förkortning av Simultaneous Saccharification and Fermentation, dvs. samtidig försockring med enzymer och jäsning i samma kärl.

För att slippa separera sockerlösning från det fasta materialet före jäsningen kan man låta hydrolys och jäsning pågå samtidigt. Det ger högre alkoholhalt, men ställer samtidigt högre krav på den jäst som används i processen eftersom miljön är ogästvänlig.

Separat Hydrolys och Fermentering SHF

SHF är en förkortning för Separate Hydrolysis and Fermentation. Metoden innebär att försockringen med enzymer och jäsningen av frigjort socker sker i två separata steg.

För de kunder som vill göra andra kemikalier av sockret kan SHF vara en fördel genom att man får ut en sockerström, som sedan kan vidarebehandlas, tex koncentreras, renas eller någon annat processteg.

SEKAB E-Technology behärskar båda varianterna och deras olika variationer. Båda teknikerna har sina för- och nackdelar beroende på vad sockret skall användas till, vilka råvaror man skall använda och hur samprodukterna (lignin och biogas) skall utnyttjas. Valet blir därför specifikt för varje anläggning.

Fermentering/jäsning

Fermentering eller jäsning är en biologisk process där mikroorganismer ofullständigt oxiderar organiska föreningar. I detta fall omvandlas olika sockerarter till etanol eller andra kemikalierav jästsvampar.

Vanlig jäst (bagerijäst) omvandlar hellre sexkolssocker, hexoser, än andra sockerarter. Hemicellulosa från jordbruket och lövträd innehåller även flera olika femkolssocker, pentoser. Därför är det önskvärt att jästen även kan omvandla dessa till etanol.

SEKAB E-technology har samarbetat med Taurus Energy och andra jästtillverkare med att verifiera att deras specialjäststammar fungerar även i industriell skala. Dessa jäststammar klarar av att jäsa både hexoser (sexkolssocker) och pentoser (femkolssocker).

Upparbetning

Etanolen destilleras
Efter jäsningen destilleras blandningen och etanolen kan renas och avvattnas, säljas eller förädlas vidare.

Filtrering /Ligninavskiljning
Cellulosahaltiga råmaterial består till stora delar av lignin, ett ämne som inte kan försockras i processen. Det avskiljs genom filtrering antingen före eller efter jäsning och destillering. Därefter tvättas ligninet och avvattnas till en vattenhalt på omkring 50 procent.

Lignin har ett högt energiinnehåll och kan direkt användas som ett fast biobränsle för att ge energi till anläggningen. Det kan också förädlas vidare till olika produkter, som polymerer, lim med mera, ett område där det pågår forskning över hela världen.

Biogas
Efter destillering och filtrering återstår en del lösta ämnen i processvattnet som kan rötas till biogas med hjälp av olika mikroorganismer. Biogasen kan antingen användas för att ge energi i processen, eller förädlas vidare till fordonsgas. E-tech samverkar med forskare och kommersiella leverantörsföretag inom området för att optimera produktionen av biogas från cellulosaprocessen.

Illustration av demoanläggningen

Så gör vi cellulosaetanol med enzymatisk hydrolys

  1. Förbehandling
  2. Transport
    Råvaran kommer till anläggningen och sållas. En kraftig fläkt blåser upp den till taket via ett rörsystem.
  3. Basning
    Het ånga tillsätts för att förvärma råvaran och driva ut luften
  4. Förhydrolys
    Hemicellulosa, som består av olika sockerarter, löses ut med syra vid hög temperatur, 170-200˚C.
  5. Enzymatisk hydrolys
    Enzymer tillsätts som löser ut socker ur cellulosan.
  6. Jäsning
    Jäst tillsätts och det lösta sockret omvandlas till etanol. Steg 4 och 5 sker i samma kärl.
  7. Neutralisation
  8. Detoxifiering
  9. Destillering
  10. Bioreaktorer

Thore Lindgren

Thore Lindgren

Affärsområdeschef bioraffinaderi

Thore.Lindgren@sekab.com

+46 (0)660-794 71

  • Så gör vi

    Etanol av Cellulosa

    Follow the flow through the demo plant

    Följ flödet genom demo-anläggningen

  • SEKAB är en av europas ledande etanolaktörer

    widget

    Mitt i de norrländska skogarna, finns den svenska kemiindustrins vagga. Det är också här som SEKAB har sina rötter.
    Se filmen här

  • Världsledande

    framställning av Etanol från Cellulosa

    Demoanläggningen nattetid

    Läs vidare