LífEldsneyti - verkefnislok í Tækniþróunarsjóði

2.7.2013

Verkefnið LífEldsneyti hefur staðið yfir síðustu þrjú ár og er nú lokið. Að verkefninu komu Háskólinn á Akureyri, verkfræðistofan Mannvit, Matís, Nýsköpunarmiðstöð Íslands, Sorpa og Landbúnaðarháskóli Íslands. Í verkefninu var gerð ýtarleg rannsókn á hvaða lífmassa á Íslandi æskilegt væri að nota til þess að framleiða lífrænt eldsneyti, auk þess að kanna hvaða formeðhöndlanir henti best á lífmassann. Einnig voru gerðar rannsóknir á framleiðslu etanóls, vetnis og metan með hitakærum bakteríum auk syngasframleiðslu. Að lokum var gerð frumhönnun og hagkvæmnimat á framleiðslu lífdísils, lífmetans og lífetanóls.

Heiti verkefnis: LífEldsneyti
Verkefnisstjóri: Jóhann Örlygsson, Háskólanum á Akureyri
Tegund styrks: Öndvegisstyrkur
Styrkár: 2009-2011
Fjárhæð styrks: 70 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: RAN091016-2376

VERKEFNIÐ VAR STYRKT AF TÆKNIÞRÓUNARSJÓÐI.

Í ljós kom að á Íslandi er mikið um vannýttan lífmassa sem myndi henta vel til framleiðslu á lífrænu eldsneyti. Sérstaklega hentar flókinn lignósellulósi vel til etanólframleiðslu en fituríkur úrgangur og almennt sorp til framleiðslu á metan. Einn bakteríustofn, Thermoanaerobacterium AK17, var notaður til etanólframleiðslu en í verkefninu var stofninum erfðabreytt þannig að klippt var á efnaskiptarásir sem leiddu til þess að stofninn framleiddi ekki ediksýru og mjólkursýru, sem villigerðin gerði, og þetta leiddi til aukinnar framleiðslu á etanóli.

Í verkefninu voru síðan einangraðir um 70 stofnar af hitakærum etanól-, vetnis- og metanframleiðandi bakteríum. Flestar etanól- og vetnisframleiðandi bakteríur sem voru einangraðar tilheyra ættkvísl Thermoanaerobacter. Nokkrir stofnanna eru mjög öflugir etanól- og vetnisframleiðendur og voru þeir rannsakaðir nánar í verkefninu. Einn etanólframleiðandi stofnanna framleiddi 1.7 mól af etanóli úr hverju móli af glúkósa en hámarknýtni er 2.0 mól. Einn vetnisframleiðandi stofnanna framleiddi 3 mól af vetni úr hverju móli af glúkósa en hámarksnýtni er 4.0 mól. Byggð var upp aðstaða til að framleiða metan í stórum skala hjá Sorpu. Um er að ræða 9 samtengda 1000 L tanka sem voru notaðir í verkefninu til þess að rannsaka mikilvægi s.k. rafsegulbylgjumeðferðar á margvíslegt hráefni eins og svínaskít kúaskít og sigvatni.  Í ljós kom að hráefni sem gekkst undir PEF meðhöndlun var mun uppleysanlegra en viðmiðunarsýni og leiddi til mun meiri metanframleiðslu. Í verkefninu var gerð könnun á að nota s.k. lághitagösun (low temperature gasification) fyrir framleiðslu á syngasi. Í ljós kom að nýtingin og hreinleiki gassins á gasframleiðslu með lághitagösun er mun minna en við hærra hitastig (high temperature gasification). Gerð var frumhönnun á framleiðsluferlum fyrir lífetanól, lífmetan og lífdísil í verkefninu.

Meginniðurstaðan var að framleiða má árlega 1,12 milljón Nm³ af metani úr 15.000 t af heimilisúrgangi og smávegis af fljótandi lífrænum úrgangi. Um 8.000 tonn af lífdísli úr 24.600 tonnum af repjufræjum og smávegis af sláturúrgangi. Próteinríkt repjumjöl fæst sem aukaafurð. Fyrir etanól þá má framleiða árlega 15.000 tonn af lífetanóli úr pappírs- og pappaúrgangi, heyi og landbúnaðarúrgangi en gert er ráð fyrir ræktun heys sé á 13.000 ha lands og annar landbúnaðarúrgangur t.d. stönglar og lauf repjunnar sem ræktuð er til frætöku fyrir lífdísilgerð. Að lokum var gert kostnaðarmat á framleiðslu á 15.000 tonnum af etanóli og lífdísil á ári og 1.200.000 rúmmetrum af lífmetani. Útreikningar sýndu að metanframleiðsla í 2 skrefum með Aikan ferli fyrir fastan úrgang og votvinnsluferli fyrir fljótandi úrgang virðist hagkvæm. Framleiðsla á lífdísil úr repjufræjum virðist ekki hagkvæm miðað við íslenskar aðstæður. Meginástæðan er hátt verð á hráefninu ásamt því að mikil óvissa er um ræktun á repju hér á landi þó svo að nokkuð hafi miðað í rétta átt á síðustu árum. Framleiðsla á etanóli úr lignósellulósa er ekki hagkvæm miðað við núverandi aðstæður. Hár byggingar- og rekstarkostnaður er meginástæðan fyrir þessari niðurstöðu. Miðað við rannsóknaniðurstöður sem fengnar hafa verið í ræktunartilraunum á hitakærum bakteríum er stærsta vandamálið lágur styrkur af etanóli sem fæst við gerjunina. Þetta leiðir til þess að það þarf mjög stór eimingartæki og að rekstarkostnaður verður hár. Einnig er verulegur ensímkostnaður sem fer þó ört lækkandi. Það sem gæti breytt þessari niðurstöðu er notkun á erfðabreyttum stofnum eins og Thermoanaerobacterium AK 17 sem og það að nýta aukaafurðir í ferlinu. 

Ritrýndar greinar sem hafa birst og tengjast verkefninu:

• Almarsdottir AR, Sigurbjornsdottir MA & Orlygsson J. 2012. Effects of various factors on ethanol yields from lignocellulosic biomass by Thermoanaerobacterium AK17. Biotechnology & Bioengineering, 109, 686-694.
• Sigurbjornsdottir MA & Orlygsson J. 2012. Combined hydrogen and ethanol production from sugars and lignocellulosic biomass by Thermoanaerobacterium AK54, isolated from hot spring. Applied Energy, 97, 785-791
• Brynjarsdottir H, Wawiernia B & Orlygsson J. 2012. Ethanol production from sugars and complex biomass by Thermoanaerobacter AK5: The effect of electron-scavenging systems on end-product formation. Energy and Fuels, 7, 4568-4574
• Jessen JE & Orlygsson J. 2012. Production of ethanol from sugars and lignocellulosic biomass by Thermoanaerobacter J1 isolated from a hot spring in Iceland. Journal of Biomedicine and Biotechnology. Doi:10.1155/2012/186982
• Orlygsson J. 2012. Ethanol production from biomass by a moderate thermophile, Clostridium AK1. Icelandic Agricultural Sciences. 25, 25-35.

Aðrar vísindagreinar.

Jóhann Örlygsson. 2010. Etanólframleiðsla úr flóknum lífmassa með hitakærum bakteríum. Fræðaþing Landbúnaðarins 2101. bls. 27-34.

Almarsdóttir AR, Sigurbjornsdottir MA & Orlygsson J. 2010. Ethanol and hydrogen production from lignocellulosic biomass by thermophilic bacteria. Proceedings of “The 1^st Polish-Icelandic symposium on Renewable Energy 21^st – 22^nd June 2010. ISBN 978-83-901411-5-2. pp. 9-20.

Sigurbjörnsdóttir MA, Orlygsson J. 2011. Hydrogan and ethanol production from sugars and complex biomass by Thermoanaerobacterium AK54 isolated from hot spring. Proceedings of the 3^rd International Conference on Applied Energy. Perugia, Italy. May 16^th – 18^th. Desider U & Yan J (eds). Three, Milan Italy, pp. 2795-2808. ISBN:9888890584305.

Bókarkafli – yfirlitsgrein um hitakærar vetnis- og etanólframleiðandi bakteríur.

Sveinsdottir M, Sigurbjornsdottir MA, Orlygsson J. 2011. Ethanol and Hydrogen Production with Thermophilic Bacteria from Sugars and Lignocellulosic biomass. In. Progress in Biomass and Bioenergy Production. Chapter 19, pp. 359-394. ISBN 978-953-307-491-7.

Tæknilegar skýrslur.

• Magnús Guðmundsson. Biofuel production in Iceland. Gasification of potential raw material and fuel production from syngas.
• Malin Sundberg o.fl. Biofuel production in Iceland – Survey of potential raw materials and yields to 2030.
• Malin Sundberg. Potential biofuel production in Iceland.
• Malin Sundberg. Pretreatment of biomass. Investigation of suitable pretreatment of Icelandic biomass for biofuel production.
• Guðmundur Óli Hreggviðsson o.fl. Aukin framleiðsla etanóls í Thermoanaerobacterium AK17 með erfðabótum.
• Magnús Guðmundsson o.fl. Pretreatment of raw materials with electric field pulses for methane production.
• Magnús Guðmundsson. Evaluation of syngas and fuel production from selected materials based on pilot scale low temperature gasifier.
• Mannvit. Conceptual design for biofuel plants.
• Mannvit. Biofuel. Feasability study.
• Magnús Guðmundsson. Feasability of gasification in Iceland.
• Margrét Auður Sigurbjörnsdóttir o.fl. Biofuel – hydrogen and methane producing extremophiles. Jón Óskar Jónsson o.fl. Isolation of novel anaerobic thermophiles and analysis of their fermentation products.
• Emanuel Ron o.fl. Genome sequencing of fermenting thermophile strain MAT2989.
• Bjarni Hjarðar og Nicolas Marino Proietti. Layout for research facility at Álfsnes.