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Coordinating institute

Projects

Title:Chemical building blocks from versatile MSW biorefinery
Start:01.07.2017
End:30.06.2020
Coordinating institute:IMECAL S.A., Spanien
ATB contact:Joachim Venus
Funding:Europäische Union (EU), Belgien
Grant agreement number:745828
Funding framework:BBI Joint technology initiative
Partner:Agricultural University of Athens, Griechenland; Covestro Deutschland AG; Exergy, Großbritannien; Hayat Kimya Sanayi Anonim Sirketi, Türkei; Instituto Technologico del Plastico, Spanien; Iris Advanced Engineering Limited, Irland; Renewable Energy National Centre, Spanien; Softer Spa, Italien; TBW Research GESMBH, Österreich; University of Gent, Belgien
  
Part of research program:Material and energetic use of biomass
Internet:http://www.percal-project.eu
Abstract:Das Projekt PERCAL zielt darauf ab, städtischen Hausmüll (MSW - municipal solid waste) als Ausgangsmaterial zu nutzen und daraus chemische Zwischenprodukte mit hohem Reinheitsgrad und hoher Ausbeute zu erzielen, die von hohem Wert für die chemische Industrie sind. Diese sollen das Bioethanol (basierend auf aktueller PERSEO-Technologie) ergänzen, um eine Kaskaden basierte In-Wert Setzung der MSW-Komponenten zu erreichen.
Hierzu zählen im einzelnen
- Erzeugung von Milchsäure (PLA): 1) umweltfreundliche Ethyllactatlösungsmittel durch Reaktivdestillation aus Milchsäure und Bioethanol zur Verwendung in Reinigungsmitteln und Tinten und 2) Schmelzklebstoffen für Karton und andere Non-Food-Anwendungen In Kombination mit Maleinsäureanhydrid durch reaktive Extrusion.
- Bernsteinsäure (SA) als Zwischenbaustein zur Herstellung von Polyolen für die Polyurethanindustrie.
- Biosurfactants durch chemische und / oder mikrobiologische Modifikation von Protein- und Lipidfraktionen aus dem verbleibendem Anteil der MSW-Fermentation.
Um die Heterogenität der MSW - Zusammensetzung zu minimieren, die sich aufgrund der saisonalen und Herkunftsvariabilität durch lokale ökonomische, soziale und klimatische Bedingungen ergibt und Einschränkungen für deren Eignung als Fermentationsmaterial mit sich bringt, werden vier Hauptinnovationen vorgeschlagen:
i) Neue enzymatische Cocktails zur Maximierung der Hydrolyse von fermentierbaren organischen Stoffen mit geringer Inhibitorenproduktion,
ii) die Verwendung von hohen Ausbeuten, spezifischen und robusten Stämmen für jede ausgewählte Säure,
iii) die Extraktion von Fermentations-Nebenprodukten, welche bei der Herstellung von Bernsteinsäure als Inhibitoren wirken, durch neuartige Membranelektrolyse, unter Einsatz einer integrierten kontinuierlichen Fermentation mit gleichzeitiger organischer Säureentfernung im Vergleich zur sequentiellen SA Fermentation, gefolgt von ihrer Trennung unter Verwendung von elektrodialysebasierten Verfahren und
iv) die Optimierung der gleichzeitigen Verzuckerung und Fermentation für die Milchsäureproduktion, gefolgt von einem nachgeschalteten Trennverfahren auf der Basis der Membranelektrodialyse.

Um die Ausbeute und Reinheit der organischen Ziel-Säuren zu maximieren, werden kontinuierliche und einstufige Fermentationsprozesse bevorzugt, die sich in die PERSEO-Anlage integrieren lassen.
Abstract:PERCAL will exploit Municipal Solid Waste (MSW) as feedstock to develop intermediate chemical products at high yield and low impurity level with huge industrial interest. These will be complementary to the bioethanol (current PERSEO technology), to achieve a cascade valorisation of the MSW components, i.e.:
- Lactic acid (LA) to produce: 1) Eco-friendly ethyl lactate solvents by reactive distillation from lactic acid & bio-ethanol to be used in cleaning products and inks and 2) hot-melt adhesives for cardboard and other non-food applications in combination with maleic anhydride by reactive extrusion.
- Succinic acid (SA) as an intermediate building blocks to production of polyols for the polyurethane industry.
- Biosurfactants by chemical and/or microbiological modification of protein and lipid fraction from remaining fraction of MSW fermentation.
In order to minimize the MSW heterogeneous composition (due to seasonal and origin variability driven by local economic, social and climate conditions) limitations as a fermentation feedstock, four main innovations will be proposed: i) New enzymatic cocktails to maximize hydrolysis of fermentable organic matter with low inhibitors production, ii) the use of high yield, specific and robust strains for each selected acid, iii) the extraction of fermentation by-products acting as inhibitors to succinic acid production via novel membrane electrolysis employing an integrated continuous fermentation coupled with simultaneous organic acid removal in comparison with SA sequential fermentation followed by its separation using an electrodialysis-based and iv) optimize simultaneous saccharification and fermentation for lactic acid production followed by a downstream separation process based on membrane electrodialysis. To maximize the yield and purity of target organic acids, continuous and single step fermentation process will be prioritized in order to allow their integration in the PERSEO plant.
 

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