Van gemeentelijk afval naar butanol en waterstof

Project

Van huishoudelijk afval naar butanol en waterstof

Het toepassen van hogedruk en stoom is een bewezen methode voor de mobilisatie van waardevolle componenten uit biomassa. De methode wordt in het EU BESTF2-project, getiteld "Production of butanol and hydrogen by fermentation techniques using steam treated municipal solid waste (MSWBH)", ingezet voor de conversie van huishoudelijk afval (MSW) naar een geschikte grondstof voor de productie van butanol en waterstof op pilot-schaal.

MSWBH gebruikt huishoudelijk afval in het Verenigd Koninkrijk voor de productie van grondstof voor fermentatie naar butanol en waterstof, beide belangrijke brandstoffen en chemicaliën. Het project moet bijdragen aan de Europese doelstelling dat alle transportbrandstof in 2020 voor 10% biobased is.

“Het Verenigd Koninkrijk heeft een nascheidingssysteem voor het verwerken van huishoudelijk afval, hetgeen betekent dat organisch afval niet apart wordt opgehaald,” aldus Pieternel Claassen, senior onderzoeker bij Wageningen Food & Biobased Research en betrokken bij het project. “Als we organische restproducten willen benutten, dan moet de MSW eerst gefractioneerd worden om de plastics, metalen en andere niet-organische componenten te verwijderen. Het behandelen van huishoudelijk afval met hogedruk en stoom resulteert in een koolhydraatrijke stroom. Deze stroom wordt vervolgens bij Wageningen Food & Biobased Research door anaerobe bacteriën gefermenteerd naar butanol en waterstof.”

Van hydrolyse via fermentatie naar butanol en waterstof

Het Wageningse deel van het onderzoek richt zich op verschillende fermentatieroutes. "Huishoudelijk afval in het Verenigd Koninkrijk wordt behandeld in apparatuur die veel weg heeft van een autoclaaf, zoals bij het Biorenewables Development Centre (BDC) in York,” vervolgt Claassen. “Dit wordt gedaan om het afval makkelijker afbreekbaar te maken en vanuit ontsmettingsoogpunt. De koolhydraten in het voorbehandelde materiaal worden gehydrolyseerd door enzymen en de resulterende suikerstroom wordt naar ons laboratorium getransporteerd. De micro-organismen die butanol en waterstof produceren zijn anaerobe bacteriën die allerlei verschillende suikers kunnen gebruiken.”

Wageningen Food & Biobased Research heeft diepgaande kennis over fermentatieprocessen. Claassen: “In MSWBH bestuderen en optimaliseren we het gebruik van suikers. Daarnaast bepalen we het effect van andere componenten op de groei van de bacteriën. De stromen uit MSW bevatten veel verschillende componenten uit allerlei bronnen, zoals planten, voedselafval en papier. Dit kan het fermentatiegedrag beïnvloeden. De technologie die wij ontwikkelen zal aan het eind van het project worden opgeschaald in een pilotlaboratorium bij BDC in York. Het complete proces van MSW tot zuivere butanol en waterstof wordt in Wageningen gerealiseerd.”

Voordelen van organisch afval voor butanol- en waterstofproductie

Het gebruik van organisch afval uit MSW als grondstof voor brandstoffen of chemicaliën als butanol en waterstof heeft volgens Claassen grote voordelen boven huidige processen. “Bio-ethanol, dat voornamelijk wordt geproduceerd uit agrifood gewassen als maïs, is momenteel de meest gebruikte biobrandstof. Afgezien van de voedsel-versus-brandstof-discussie, is het voornaamste nadeel hiervan financieel: de grondstoffen en de verwerking ervan bepalen over het algemeen zo’n 70% van de kosten. Door MSW te gebruiken als grondstof voor biobrandstof en chemicaliën worden de grondstof- en voorbehandelingskosten beperkt." Claassen verwacht dat een economisch levensvatbaar productieproces tot de toekomstige mogelijkheden behoort.  

Het MSWBH-project begon in april 2016 en heeft een looptijd van drie jaar. De data die tijdens het onderzoek en de pilotfases worden verzameld, worden gebruikt als basis voor het vaststellen van de technische en economische haalbaarheid van het nieuwe proces.