Timo Broeker, Ethanol aus Reststoffen
Timo Broeker, Ethanol aus Reststoffen Timo Broeker, Ethanol aus Reststoffen
Potential stärkehaltiger Reststoffe als Substrat für die Bioethanolproduktion „Chancen und Hemmnisse regional erzeugter Bioreinkraftstoffe“ Fachgespräch im Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz NRW, Düsseldorf 17.04.2012 Timo Broeker, Prof. Jan Schneider 1
- Seite 2 und 3: Fachgebiet Getränktechnologie 09.0
- Seite 4 und 5: Positionierung im Kontext Biomassep
- Seite 6 und 7: 09.05.2012 - T. Broeker- Bioethanol
- Seite 8 und 9: Konkurrenz 09.05.2012 - T. Broeker-
- Seite 10 und 11: 09.05.2012 - T. Broeker- Bioethanol
- Seite 12 und 13: Lebensmittelverschwendung 09.05.201
- Seite 14 und 15: Wege aus der Lebensmittelverschwend
- Seite 16 und 17: Potential for Germany: 09.05.2012 -
- Seite 18 und 19: Technologische Aspekte des Forschun
- Seite 20 und 21: 09.05.2012 - T. Broeker- Bioethanol
- Seite 22 und 23: Hydrolyzation of bread mash by Ener
- Seite 24 und 25: Temperature: � 35 °C Time: � 7
- Seite 26 und 27: Sample Dry matter [g/kg] 09.05.2012
- Seite 28 und 29: Starch Salty sticks d.m. 96,0 % pH
- Seite 30 und 31: 09.05.2012 - T. Broeker- Bioethanol
- Seite 32 und 33: Gärdauer Zeit t [d] 6 5 4 3 2 1 0
- Seite 34 und 35: Yield Substrate 09.05.2012 - T. Bro
- Seite 36 und 37: Großversuch Brennerei Rockstedt mi
- Seite 38 und 39: Großversuch Brennerei Rockstedt 09
- Seite 40 und 41: 09.05.2012 - T. Broeker- Bioethanol
- Seite 42 und 43: Ergebnisse Großversuch Rockstedt 0
- Seite 44 und 45: Biogas Potential: � Potential bez
- Seite 46 und 47: Fazit: 09.05.2012 - T. Broeker- Bio
- Seite 48: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkei
Potential stärkehaltiger Reststoffe als<br />
Substrat für die<br />
Bioethanolproduktion<br />
„Chancen und Hemmnisse regional erzeugter Bioreinkraftstoffe“<br />
Fachgespräch im Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft,<br />
Natur- und Verbraucherschutz NRW, Düsseldorf<br />
17.04.2012<br />
<strong>Timo</strong> <strong>Broeker</strong>, Prof. Jan Schneider<br />
1
Fachgebiet Getränktechnologie<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Erbslöh Geisenheim AG<br />
2
Projekthintergrund und -ziel<br />
1. Probleme der Biokraftstoffe:<br />
� mäßig positive Energiebilanzen<br />
� Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion<br />
2. Situation für mittelständische Brennereien:<br />
� Ende der Subvention durchs Branntweinmonopol<br />
� Hohe Rohstoffkosten<br />
� Bedarf nach alternativen Substraten<br />
Entwicklung eines wirtschaftlichen Prozesses für die Vergärung<br />
von stärkehaltigen Abfällen <strong>aus</strong> der Backindustrie inklusive der<br />
zugehörigen Mikroorganismen- und Enzymrezepturen<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
3
Positionierung im Kontext Biomassepotential<br />
4
Biomassepotential<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
5
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
6
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
7
Konkurrenz<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
8
Teller / Tank<br />
Diskussion<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
9
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
10
Teller / Tank<br />
Diskussion<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
11
Lebensmittelverschwendung<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
12
Wege <strong>aus</strong> der Lebensmittelverschwendung<br />
respektive Nutzung des Biomassepotentials<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
13
Wege <strong>aus</strong> der Lebensmittelverschwendung<br />
respektive Nutzung des Biomassepotentials<br />
1. Vermeidung bzw. bedarfsgerechte Produktion:<br />
� Konsumverhalten als einziges Instrument?<br />
� Problematik der Vermeidung von Wohlstandsmüll<br />
� langfristig<br />
2. Bestmögliche Nutzung des Abfalls:<br />
� Vorteile der Fraktionen nutzen<br />
� kurz- und mittelfristig Rückgewinnung von<br />
Biomassepotential im signifikanten Maßstab<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
14
Zucker<br />
Marmelade,<br />
Fruchsaftkonzentrat<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Reste der<br />
Nahrungsmittel -<br />
industrie<br />
Stärke<br />
Brot,<br />
Knabbergebäck,<br />
Kuchen<br />
schwer<br />
konvertierbare<br />
Kohlenhydrate<br />
Lignocellulose,<br />
Lactose, Pentose<br />
15
Potential for Germany:<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Waste bread<br />
� 600.000 t/a = 8 – 10 % of used flour (Martens, 2001)<br />
� 560.000 – 700.000 t/a (Achstetter, et al., 2008)<br />
� Südwürttemberg: 10.000 t/a (Mack, 2009)<br />
Germany ~ 450.000 t/a<br />
� Austria: 60.000 t/a (3 rd BOKU Waste Conference, Vienna, 2009)<br />
Germany ~ 580.000 t/a<br />
� 2 Mio t/a (Lösche, Symposium ttz Bremerhaven 2011)<br />
16
Potential for Germany:<br />
� 600.000 t/a<br />
� dry matter ~ 55 - 60 %<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Waste Bread<br />
� <strong>Ethanol</strong> yield = 28 g <strong>Ethanol</strong> per 100 g Waste Bread<br />
~ 165.000 m³ <strong>Ethanol</strong><br />
~ 84 Mio. €<br />
~ 1292 GWh calorific value<br />
“Biblis A” ~ 1224 GWh<br />
17
Technologische Aspekte des Forschungsprojekts<br />
Zerkleinerung Maischen Gärung Destillieren<br />
18
Kriterien:<br />
� <strong>Ethanol</strong> Konzentration in der Maische<br />
c EtOH [% mas. or % vol.]<br />
� Gehalt Trockensubstanz<br />
TS [%]<br />
� <strong>Ethanol</strong> Ausbeute / Yield für trockene Substrate<br />
Y <strong>Ethanol</strong> [g / 100 g]<br />
� Product yield for dry matter substrate<br />
Y P / S [g / g]<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
19
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Altbrot<br />
20
Zerkleinerung:<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Altbrot<br />
� Vergleich bei unterschiedlichen Korngrößen<br />
Probe A Probe B<br />
d p = 5 - 10 cm d p < 2,5 mm<br />
Y p/s = 0,30 Y p/s = 0,31<br />
21
Hydrolyzation of bread mash by Enerzym alpha<br />
TI<br />
I-23<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
RI<br />
MD<br />
Power P [W]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8<br />
Time t [min]<br />
T = 80 C<br />
Reduction of stirrer power demand ~ 90 %<br />
22
Saccharification of bread mash by<br />
Enerzyme Gamma<br />
90- 96 %<br />
saccharification<br />
of input starch<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Concentration [g/l]<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
Oligosaccharide<br />
Maltose<br />
Glucose<br />
Gesamtzucker<br />
T = 60 C<br />
0<br />
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0<br />
Time [h]<br />
23
Temperature:<br />
� 35 °C<br />
Time:<br />
� 72 h (remaining sugar < 1 g/l)<br />
Yeast Dosage:<br />
� 1 g/l after rehydration<br />
pH:<br />
� 5,0 (goes down to 4,0)<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Fermentation parameters<br />
24
Potential substrates<br />
25
Sample Dry matter<br />
[g/kg]<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Ash<br />
[g/kg]<br />
Kjeldahl<br />
Protein<br />
[g/kg]<br />
Nondigestable<br />
fiber<br />
[g/kg]<br />
Fat<br />
[g/kg]<br />
Total<br />
sugar<br />
n. R.<br />
[g/kg]<br />
Starch<br />
[g/kg]<br />
Bread (dried) 943,90 12,80 111,00 106,10 5,10 4,20 702,00<br />
Choclate<br />
croissant<br />
940,00 6,80 54,50 80,54 307,00 252,20 250,10<br />
whey bran 848,20 60,00 141,70 317,10 29,10 111,80 209,70<br />
Dinkel Kleie 875,10 56,90 162,50 330,00 37,70 38,50 213,40<br />
Kaffeeschale 890,00 47,00 63,00 680,00 13,20 87,50 -<br />
Biertreber 220,00 7,00 36,30 215,70 9,60 4,30 0,00<br />
Roggenvollkornmehl<br />
874,20 13,60 85,40 0,00 15,50 65,87 662,20<br />
Spelzen-<br />
/Mehlstaub<br />
891,70 110,90 70,90 560,00 20,70 81,00 34,00<br />
Stärke (Mais,<br />
Firma RUF)<br />
970,00 0,30 3,50 0,00 2,10 3,00 995,30<br />
Stroh 934,50 38,10 25,00 850,00 20,70 0,00 0,00<br />
Puddingreste,<br />
Dr. Oetker<br />
272,00 2,50 29,70 34,67 38,30 148,00 28,70<br />
Salzstangenbruch<br />
(satly<br />
snacks)<br />
960,10 70,20 105,60 0,00 34,70 0,00 769,60<br />
26
Sugar<br />
Pudding<br />
d.m. 25,2 %<br />
pH 4,2<br />
C <strong>Ethanol</strong><br />
Y p / s<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
5,15 % mas.<br />
0,20<br />
27
Starch<br />
Salty sticks<br />
d.m. 96,0 %<br />
pH 5,3<br />
C <strong>Ethanol</strong><br />
Y p / s<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
7,52 % mas.<br />
0,33<br />
28
Starch and sugar<br />
Cake waste<br />
d.m. 36,22 %<br />
pH 4,8<br />
C <strong>Ethanol</strong><br />
Y p / s<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
8,07 % mas.<br />
0,22<br />
29
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
- Altbrot TS = 55-77 % Y p/s = 0,30<br />
- Knabbergebäck TS = 96,0 % Y p/s = 0,33<br />
- Puddingreste TS = 25,2 % Y p/s = 0,20<br />
- Kuchenabfälle TS = 75,2 % Y p/s = 0,22<br />
- Cerealien Prod. Abfall TS = 85,0 % Y p/s = 0,31<br />
- Verpackungschips TS = 98,0 % Y p/s = 0,36<br />
- Reis (kontaminiert) TS = 97,0 % Y p/s = 0,26<br />
- Angebrannter Mais TS = > 80 % Y p/s = 0,05<br />
30
Ergebnisse<br />
31
Gärdauer<br />
Zeit t [d]<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Y p/s = 0,33<br />
C EtOH = 4,98 %<br />
Zeit bis zum<br />
Endvergärgrad [d]<br />
Y p/s = 0,33<br />
C EtOH = 6,87 %<br />
Y p/s = 0,32<br />
C EtOH = 9,43 %<br />
Y p/s = 0,31<br />
C EtOH = 8,13 %<br />
Y p/s = 0,23<br />
C EtOH = 8,84 %<br />
15 20 25 30 35<br />
Gehalt TS [%] in der Maische<br />
32
<strong>Ethanol</strong> concentration<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
<strong>Ethanol</strong> concentration [% mas.]<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
max. 8,8 % mas.<br />
( 11,0 % vol. )<br />
15 20 25 30 35 40<br />
Substrate dry matter [%]<br />
33
Yield Substrate<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
<strong>Ethanol</strong> Yield [g/100 g d.m.]<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
15 20 25 30 35 40<br />
Substrate dry matter [%]<br />
34
Yield Substrate<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
<strong>Ethanol</strong> Yield [g/100 g d.m.]<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Ratio 1 - 1<br />
<strong>Ethanol</strong> Yield<br />
<strong>Ethanol</strong> concentration<br />
15 20 25 30 35 40<br />
Substrate dry matter [%]<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
<strong>Ethanol</strong> concentration [% mas]<br />
35
Großversuch Brennerei Rockstedt<br />
mit freundlicher Unterstützung der Firma Harry Brot<br />
36
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
37
Großversuch Brennerei Rockstedt<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
38
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
39
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
40
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
41
Ergebnisse Großversuch Rockstedt<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Masse <strong>Ethanol</strong> Ausbeute pro<br />
kg<br />
Y P / S<br />
Brennerei 10,4 t 2453 L 240 ml r. A. 0,19<br />
Labor 1,0 kg 0,280 L 280 ml r. A. 0,23<br />
Differenz<br />
~ 15 %<br />
42
Biogasverwertung der Schlempe<br />
43
Biogas Potential:<br />
� Potential bezogen auf<br />
Trockenstoff<br />
� Bioethanol höherer Wert als<br />
Biogas<br />
� Methanbildungspotential<br />
wird durch die<br />
Bioethanolproduktion<br />
verbessert<br />
� 93 Liter pro kg Schlempe<br />
(400 Liter pro kg frisches Brot)<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Bagasse<br />
44
Fazit<br />
45
Fazit:<br />
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
� Stabiler Prozess<br />
� Wirtschaftlichkeit gegeben in Abhängigkeit von der<br />
Substratbeschaffung<br />
� Kopplung mit Biogas sinnvoll<br />
� Umsetzung in die Praxis ist bereits erfolgt<br />
� Vernetzung der Anbieter und Abnehmer sinnvoll<br />
46
09.05.2012 – T. <strong>Broeker</strong>– Bioethanol<br />
Kontakte<br />
Kontakte<br />
Tagungen<br />
Tagungen<br />
Netzwerk zur Verwertung stärkeha ltiger Ind ustrie-<br />
Reststoffe<br />
EnerW.net<br />
Online -Portal<br />
Vereinbarungen Online -Portal<br />
Vereinbarungen<br />
Technologische<br />
Hilfestellung<br />
Technologische<br />
Hilfestellung<br />
47
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />
<strong>Timo</strong> <strong>Broeker</strong><br />
FB 4 – Life Science Technologies<br />
Telefon 05261 – 702 - 5945<br />
Telefax 05261 – 702 - 5968<br />
timo.broeker@hs-owl.de<br />
www.hs-owl.de/fb4
Change language