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Post on 06-Feb-2018
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Stefan KROMUSkromus@BioRefSYS.com
ILMT S. NOVALIN, W. KOSCHUH
B. WACHTER, M. MANDL, H. BÖCHZELTNTS-CTP
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• Was sind BioRaffinerien ?
• Geschichte der BioRaffinerie in Österreich
• Grünlandbiomasse als Nawaro – Warum?
• Bioraffinerie Systeme
• Wertstoffe und F & E Fragestellungen
• Proteine und Aminosäuren
• Milchsäure
• Fasern
• Ausblick
BioRaffinerie Definition:Allgemein: basierend auf NAWAROS wird ein
“Multi-Product” – System etabliert
keine klare Abgrenzung zw. Food u. Non-Food
(Mais-Mills; Kartoffelind.; z.T. Zuckerindustrie;Papierindustrie?; Lignozellulose-BioRaffinerie)
Vorschlag Ö+D: - Erweiterung auf Ganzpflanzennutzung- Nachhaltige Technologien
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Beispiele von BioRaffinerien Weltweit
• klassische Konzepte:- Corn-Mills- Ethanol Refineries
• Lignozellulose BRs:- Papierindustrie - Zelluloseindustrie- Lignocellulose BioRaffinerien
• Food-basierte BRs:- Zuckerindustrie- Stärkeindustrie- Soja-Verarbeitung
• ökonomisch selbsttragender Betrieb
• Nachhaltige Landnutzung – Erhaltung der Kulturlandschaft + Einkommen für Landwirte
• Ganzstoffliche Nutzung• “Multi-Product”-System basierend auf nachhaltigen
Technologien u. damit geschlossenen Kreisläufen
• Grünmasse – Wiesengrünmasse• + Biomasse Reststoffe
Grüne BioRaffinerie:
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• 18. Jht. - Proteinabtrennung aus Gras u. Klee
• 20. Jht. - Leaf Protein Concentrate (LPC) - angestrebt wird weißes (Rubisco) Lebensmittelprotein - Hunger der Welt sollte bekämpft werden
• Seit den 70er Jahren (Ölkrise) Grassaftabpressung vor Trocknung -– Futtermittelproteine (USA-ProXan, Frankreich, Ungarn-
VEPEX)
• Carlsson (Schweden) prägte den Begriff der "Green BioRefinery"
• Aktivitäten in Dänemark, Niederlande, Deutschland, Schweiz, Österreich, Island, USA, Frankreich
• 80 er Hydrolyse von Stroh – Ethanol Fermentation(erste Berichte zu Gras als Feedstock)
• 1994 Steinmüller Bericht – Milchsäure aus Silage
• 1999 Erstes Konzept unter dem Titel “Dezentrale Grüne Bioraffinerie Feldbach”
• seit 2000 Versuche mit WiesengrünmasseProduktentwicklung
ÖSTERREICH-Geschichte
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Inhaltsstoffe – Phytochemicalien:• Zucker• Proteine (Enzyme)• Fasern• Carotinoide• Hormone
Produkte:• Fermentationsprodukte (Milchsäure)• Proteine (weiss, grün)• spez. Enzyme• Aminosäuren• Hormone• Alkaloide, Glykoside• Farbstoffe (Chlorophyll, β-Carotin)• Fasern • Energie
Wiesengrünmasse
TourismusKulturlandschaft(Erholung, Freizeit)
Lebensraum
(Biodiversität derFlora und Fauna)
Grundwasser u. TrinkwasserSicherung
Erosionsschutz(Wasser, Wind)Erhalt der Boden-struktur
Filtration undPuffer von Schadstoffen
Lebensraum f. BevölkerungEinkommen
BiotechnologischeProdukte;Futter (Milch,Fleisch);Biogas
Wiese
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~ 15.000.000Holzernte-Ö
Maiskörnergetrocknet~300.000
Zuckerrüben2.630.000
(= 400.000 tZucker)
AGRANA
Rohstoff 2[t FM/a]
Rohstoff 1[t FM/a]
Wer ?
Potenzial Wiesengrünmasse bis 2010:
2.500.000 bis 5.000.000Tonnen Frischmasse pro Jahr
(500.000 bis 1.000.000 t TM/a)
ROHSTOFFE SÜD-OST STMK.
"Gras" - Überschußproduktion [t TM/a] in den Bezirken Weiz, Hartberg, Fürstenfeld, Feldbach, Radkersburg
17.559Hartberg
11.722Fürstenfeld
43.449Feldbach
81.820Weiz
9.647Radkersburg
Gesamt: 164.195 t TM/a
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Farm
Silo
liquid/solid
Further Processing
Biogas Plant
Decentralized Downstreaming‘Homemade’
Starter Cultures
?
End Products
FibersProteins
Lactic Acid (Bioplastics, Solvent)other „low volume-high price“
BioRefinery Systems –Green BioRefinery Systems
Fraktionierung
Landwirteerzeugen
Sekundärrohstoff
Silo
Produktion v.Ökolog. Produkten
Proteine• Futter• Fermentation• Bindemittel
Milchsäure• Lösungsmittel• Kosmetik/Pharma• Bio-Kunststoff
Fasern• Dämmplatten• Panele• Vliese
Biogene Reststoffe liefern ProzessenergieBIOGAS
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Rohstoff-Erstbearbeitung=Sekundärrohstoff -Silage
Dezentrale LW Einheiten Industrie
Produktion vonEndprodukten
• verlässliche Supply-Chain
• Qualitätsstandards
Dezentrale WeiterverarbeitungMobile und dezentraleAufbereitungsschritte• Verringerung d.
Transportmasse• Teilung der Ströme• Biogaserzeugung
Org. – QM – Logistik
• Vertragsverwaltung• Qualitätsmanagement Anbau – Ernte -Aufbereitung• Logistik-Partner Industrie
SYSTEM
ZIEL: Gewinnung von Proteinen und Milchsäure aus Gras- bzw. Silagesäften
Silage- u. Fraktionierungs-versuche
Gewinnung von SäftenMilchsäure
• Abtrennung der MS • Nachfermentation• Silagesaft Membranverfahren• Abklärung d. Möglichkeit von
Chromatographie• Ethyllactat bzw. Aminiumlactat -
Ermittlung der Vorreinigungsschritte• Syntheseversuche mit aufgereinigten
Silagesäften
Proteine• Vergleich: Grün u. Silage Proteine• Zusammensetzung – N-Bilanz• Abtrennungsversuche –
Membrantrennverfahren vergleich mit klassischen Verfahren
• Produktentwicklung: Futtermittel• Vorreinigung d. Milchsäure• Auslegungsparameter für Pilotanlage
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FRAKTIONIERUNG 2002Grünlandbiomasse
5200 kg20,6 % TM
Grassilage4650 kg
20,3 % TM !!
• ~1350 kg Silage Saft mit• ø 8,3 % TM EP • ø MS-Ausb.: ~ 75-90 %• ø CP-Ausb.: ~45 - 55 %
• ~1117 kg Grüner Saft mit• ø 6,3 % TM; 1. Press. • ø CP-Ausb.: ~20 %
2002
teilw. Doppel-pressung
85° C
Dampf
BrownJuice
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Ö-Versuche: Koag. u. Zentrifugation
• Versuche 2001:– Produkt mit bis zu 51 %
Rohprotein i. d. TM bei Kleegras– 40 % Rohproteinausbeute aus
dem Saft
• Versuche 2002:– Produkt mit bis zu 40-46 %
Rohprotein i. d. TM– 45 bis 50 %
Rohproteinausbeute aus dem Saft
ULTRAFILTRATION – Grün-Protein
• Versuche 2001:– Rohprotein Rückhaltung 34 bis
51 %– Produkte mit 17 bis 39 % CP
• Versuche 2002:– zwei Membrane in Serie– Produkte mit 28 (BRG) und
46 % (Luzerne) CP Gehalt
11
51%55%
10-12%
18-20%
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
%
Pro Xan1 VEPEX2 GBR France
Rohproteinausbeute versch. Verfahren [% d. TM Input CP Grün]
Ausbeutevergleich-Koagulation –vom Rohstoff zum Produkt
024
48 30°C20°C
4°C0°C
0
20
40
60
80
100
Prot
eing
ehal
t bez
ogen
au
f Fri
schp
robe
[%]
Zeit [h]Temperatur
Proteinabbau in Grassäften 30°C20°C4°C0°C
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ABTRENNUNG von Proteinen aus SILAGE-Säften
• Proteinabbau in der Silage zu Peptiden bzw. vorwiegend freien Aminosäuren
• Ausbeute bei Koagulation nur 3,1 %• Rückhaltung bei Ultrafiltration nur 11 %
(1 bis 15 kD)• Kein Produkt auf diesem Weg möglich• ABER – HOHES Potenzial für Aminosäuren
Abtrennung (als Gemisch od. Abtrennung einzelner AAs)
Hydrolyse von Protein mit starker Mineralsäure (HCl)
bei hohen Temperaturen und Drücken. (5 Stunden bei 120°C in einem)
Enzymatische Hydrolyse von Proteinkonzentraten.
Herstellung von freien Aminosäuren derzeit:
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Aminosäuren aus Grassilage
Aminosäurengemisch
Aminosäure-Fraktionenz.B. BCAA
EinzelneAminosäuren
z.B. Tyrosin:10 kg/ha
Untersuchung der Möglichkeiten der MS-Abtrennung u. Produktgew.
• Bei hohen Zuckergehalten (2001) Nachfermentation möglich ca. 80 % Hexosenabbau bis + 40 % Milchsäure (Versuche am IFA-Tullen)
• Versuche an der BOKU (S. Novalin)– Ultrafiltration– Nanofiltration– Elektrodialyse (Ascheabtrennung, AA-Abtrennung)– Chromatographie
• Versuche zur Erzeugung von Ethyllactat mit unterschiedlichen Modelllösungen (B. Kamm Univ. Potsdam)
• Kristallisationsversuche – Aminiumlactat
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Grasfasern aus AbpressversuchenKleegras
grün + 2x gepresstKleegras
siliert + 2x gepresst
Verwertungsoptionen für Grasfasern
• Biogas• Dämmstoffe• Platten (Spanplatten, Faserplatten,...)• Gartenbau, Materialien für• Landschaftsbau, Materialien• Verbundwerkstoffe/Composite´s• Form- & Pressteile• Pellets (Tierfutter + Brennstoff)• Papier + Karton• Zellulosequelle für Z.-werkstoffe• Zuschlagstoff in Baustoffen (Ziegel, Putze, Mörtel,
Spachtelmassen)
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Gartenbau-Materialien
Pflanzgefäße(Bspl:Cocopot,Brinkman,NL)
Torftöpfe(Meyer,D)
ca. 500 l/kg oTM
Biogasertrag Presskuchen:
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AUSBLICK – 2003 bis 2004• Aufbau einer Basispilotanlage (Fraktionierung,
Faseraufbereitung, Grobfiltration) bis Mitte 2003• Intensivierung der Milchsäureabtrennung • Intensivierung der Aminosäureabtrennung• (Versuche zur Feststoffhydrolyse und
Refermentation des Silage-Presskuchens)
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