Foto: Novozymes

Nu kan enzymer erstatte kemikalierne

torsdag 03 maj 12
|

Kontakt

John Woodley
Professor
DTU Kemiteknik
45 25 28 85

“It looks very promising,” lyder en af de forståelige sætninger, der knitrende når gennem en halvdårlig forbindelse til Rachel Burtons mobiltelefon. Men direktøren og stifteren af Piedmont Biofuels Industrial er også på den anden side af Atlanten – i USA, på vej til en konference, hvor hun skal fortælle om sin virksomheds produktion af biodiesel. Ved hjælp af enzymer vel at mærke. 

Rachel Burton er i færd med at erstatte den konventionelle kemiske produktion af biodiesel med en produktion, som foregår ved brug af enzymer. I to år har Piedmont Biofuels haft et pilotanlæg til at producere biodiesel ved hjælp af enzymteknologi – en teknologi, der er udviklet i et forskningssamarbejde mellem blandt andre Novozymes og DTU. Og nu har virksomheden i North Carolina fået smag for denne produktionsmetode: I januar 2012 opskalerede Piedmont Biofuels den enzymatiske biodieselproduktion. ”Vores håb er, at vi til næste år fuldstændigt har omstillet hele biodieselproduktionen,” fortæller Rachel Burton, hvis virksomhed årligt producerer i alt 3,8 mio. liter biodiesel. 

Piedmont Biofuels ser flere fordele ved at bruge enzymer i stedet for kemikalier: Enzymatisk produktion betyder, at virksomheden undgår at håndtere giftige kemikalier i produktionen. Enzymerne kan genbruges, og det er muligt at bruge rest- og affaldsolie fra bl.a. restauranter i stedet for de renere madolier udvundet af f.eks. soja eller raps. Biproduktet fra biodieselproduktionen, glycerol, er meget renere ved enzymatisk produktion og har dermed en højere salgsværdi, når det skal afsættes til f.eks. den kemiske eller farmaceutiske industri. Der er også energi at spare i produktionen, da enzymerne ikke kræver en så høj temperatur som kemikalierne, ligesom der er mindre spildevand at håndtere. 

Med industrien for øje 

Det har længe været kendt, at man kan benytte enzymer til biodieselproduktion. Men en væsentlig forhindring for industrien har været, at enzymerne er dyrere end kemikalierne. Med støtte fra Højteknologifonden har Novozymes samarbejdet med bl.a. DTU om at udforske den enzymatiske biodieselproduktion – blandt andet med henblik på at gøre den til et prismæssigt fornuftigt alternativ til den konventionelle kemiske produktion. 

"Vi har arbejdet meget bredt, fordi vi gerne ville afdække mulighederne for en enzymbaseret dieselproduktion, men også for at finde ud af, hvad industrien vil have."
Jesper Brask, projektleder, Novozymes

Og det er lykkedes: Enzymatisk biodieselproduktion er nu rykket fra stinkskabene i laboratorierne over pilotanlæggene og ud i produktionsanlæg i fuld skala. ”Ja, det er en succes,” siger projektleder Jesper Brask fra Novozymes, som anslår, at virksomheden ved udgangen af 2012 vil have en håndfuld dieselproducenter, som vil have gennemtestet den enzymatiske proces i industriel skala, hvorefter Novozymes er klar til global lancering. 

Det har taget omkring tre år at udvikle teknologien, der kan ende med at udkonkurrere kemikalierne i biodieselproduktionen. I en biodieselproduktion indgår der forenklet sagt en plante- eller affaldsolie, der blandes med en alkohol – enten methanol eller bioethanol – og ved hjælp af enzymer omdannes (katalyseres) blandingen til biodiesel og biproduktet glycerol. I forskningsprojektet er alle led og råvarer i denne proces blevet udforsket. Der er afprøvet mange kombinationer af faktorer, f.eks. hvilken type olie man kombinerer med hvilken alkohol og igen med hvilken type enzymer. ”Vi har arbejdet meget bredt, fordi vi gerne ville afdække mulighederne for en enzymbaseret dieselproduktion, men også for at finde ud af, hvad industrien vil have. Hvilken proces vil være lettest at implementere hos de eksisterende biodieselproducenter, og hvilken type olier anvender de, og foretrækker de methanol eller bioethanol? Det har været nogle af de hensyn, vi har arbejdet ud fra,” uddyber Jesper Brask. 

Genbrug af enzymer 

En af de store udfordringer var at finde den løsning, der kunne reducere omkostningerne på enzymerne, fortæller professor John Woodley fra DTU Kemiteknik. Genbrug var en oplagt mulighed: ”Vi har arbejdet en del på at finde ud af, hvordan vi kunne genanvende enzymerne, så de samme enzymer kan bruges mange gange i produktionen,” siger John Woodley. 

Forskerne anvendte først immobiliserede enzymer, hvilket vil sige, at enzymerne bliver ’hægtet’ uden på nogle små partikler. Ved hjælp af teknisk indsigt og opfindsomhed udviklede postdoc Mathias Nordblad ved DTU Kemiteknik et filtreringstrin, hvor et specialdesignet filter fraskilte de enzymklædte partikler fra produktionsstrømmen. Det åbnede op for muligheden for at genanvende enzymerne op til flere hundrede gange. 

I projektet blev der også arbejdet med enzymer i flydende form. De har den fordel, at de er mere robuste over for urenheder i olierne og er derfor velegnede til de biodieselproducenter, som ønsker at anvende affalds- og restolier, der netop indeholder flere urenheder end madolier af f.eks. soja og raps. Endvidere er flydende enzymer billigere, og det letter kravet om, hvor mange gange det er nødvendigt at genbruge dem. 

Undervejs i hele projektet blev der fremstillet biodiesel på pilotanlægget i DTU Kemitekniks forsøgshal. Først i mindre mængder ad gangen, men senere blev der skruet op, så det blev til en kontinuerlig produktion. Den frembragte diesel er blevet testet på eksterne laboratorier for at sikre, at brændstoffet lever op til de internationale standarder: ”Der er specifikke krav til, hvor mange urenheder produktet må indeholde. Vi kunne ret hurtigt sætte en produktion af biodiesel i gang, men det har også været et stort arbejde at sikre en så god kvalitet, at det også kan sælges,” forklarer John Woodley. 

CO2-besparelse 

Den enzymatiske biodieselteknologi har som en del af projektet været forbi en anden forskningsgruppe på DTU, som er specialister i livscyklusvurdering (forkortes LCA efter den engelske betegnelse Life Cycle Assessment). De kan vurdere bæredygtigheden og miljøpåvirkningen af en ny teknologi eller et nyt produkt – fra vugge til grav: Det vil sige lige fra produktionen af råvarerne over fremstillingen af produktet til bortskaffelsen af det. Således er det muligt at sikre, at man ikke erstatter en produktionsmetode med en anden og mere miljøbelastende metode. 

LCA-forskerne har sammenholdt den enzymatiske biodieselproduktion med den konventionelle, kemiske biodieselproduktion og kan slå fast, at den enzymatiske produktion rent miljømæssig er en lige så god løsning som den kemiske. Og måske er det endda en bedre løsning ifølge de foreløbige data fra pilotanlæggene, fortæller postdoc Andreas Jørgensen fra DTU Management Engineering, som har arbejdet med LCA på biodieselen. ”Enzymerne er mere effektive til at omdanne olien, og derfor skal der anvendes en procent mindre olie i den enzymatiske biodieselproduktion i forhold til den kemiske. Vores beregninger viser desuden, at den enzymatiske biodieselproduktion kan medføre en lavere CO2-udledning på op til hele ti procent over hele livscyklus,” siger Andreas Jørgensen. 

Teknologien kan forfines 

Trods succesen med at få frembragt en teknologi, der gør det rentabelt at benytte enzymer i stedet for kemikalier i biodieselproduktionen, så er der stadig mulighed for at udvikle og forfine denne nye teknologi yderligere, mener både DTU og Novozymes. ”De enzymer, vi har fundet frem til, er så stabile og robuste, at der er gode muligheder for at udvide teknologien til at kunne benytte alle former for olier. Drømmescenariet er, at vi får udviklet en hel række forskellige moduler, så uanset hvilken type olie eller alkohol producenterne benytter, så har vi en løsning i vores enzymatiske platform, der gør, at industrien altid kan fremstille et kvalitetsprodukt uanset deres udgangspunkt,” fortæller professor John Woodley.

Relaterede Videoer  

Vis flere