Value chain analysis of sidestream-based feedstocks for cellular agriculture
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2020-10-20
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
108+16
Series
Abstract
The world population will increase above 10 billion by the year 2055, and similarly protein demand will increase by more than 50%. Traditional meat production requires vast quantities of natural resources, and thus new protein sources are required in the future. Cellular agriculture seems a promising solution for protein production, as less land is required compared to traditional meat and plant protein production. This thesis aimed to find potential raw materials for the production of lignocellulosic sugar and food-grade microbial protein, compare lignocellulosic sugar production by using two optional pretreatment methods and to compare four microbial protein processes. A raw material survey was conducted by searching potential raw materials, their properties, and capacities. Lignocellulosic sugar and microbial protein production were evaluated by performing techno-economic analyses. Critical parameters in the processes were determined by sensitivity analysis. Straw, forest-industry sidestreams and surplus grass were seen as potential raw materials, because of the high carbohydrate content, high annual availability and low cost. The production costs of lignocellulosic sugar was lower for the steam explosion than the ammonia process. Protein production costs were the lowest for the Pekilo and Torula. Pekilo process appeared to be the most profitable process, as the lowest production costs and the highest gross profit, IRR, and NPV. The most crucial parameters in the production were enzyme and raw material prices, yield, and investment. As assumed in the beginning of the study, lignocellulose sugars remain elusively more expensive than traditional sugar for biotechnological production. However, these vast raw materials may become increasingly important in the future as the demand for arable land increases due to demand for food. Also it was concluded, that production of edible microbial protein can be profitable for Pekilo process and for other processes by optimization, increasing the selling price or valuing the by-products from the process higher, and if the food-grade safety is guaranteed. Production costs by using alternative raw materials must be studied to decrease costs. Readily fermentable sidestreams might be more profitable than lignocellulosic sidestreams in biotechnological production.Maailman väestö kasvaa yli 10 miljardiin vuoteen 2055 mennessä ja proteiinin kulutus tulee kasvamaan yli 50%:lla. Perinteinen lihankasvatus vaatii paljon luonnonvaroja, joten uusia proteiinin lähteitä tulee löytää lisääntyneen proteiinin tarpeen täyttämiseksi. Mikrobiproteiinin tuotantoa on ehdotettu yhdeksi vaihtoehdoksi, sillä vaadittava kasvatusala on pienempi perinteiseen liha- tai kasviproteiinituotantoon verrattuna. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa potentiaalisia raaka-aineita lignoselluloosasokerin ja ruokakelpoisen mikrobiproteiinin tuotantoon, vertailla lignoselluloosasokerin tuotantoa kahdella eri esikäsittelymenetelmällä sekä vertailla neljää eri mikrobiproteiiniprosessia. Raaka-ainekartoitus tehtiin etsimällä kirjallisuudesta potentiaalisia raaka-aineita, niiden ominaisuuksia ja kapasiteetteja. Lignoselluloosasokerin ja mikrobiproteiiniprosessien vertailu suoritettiin tekemällä teknistaloudelliset analyysit. Prosessien kriittisiä parametreja tutkittiin herkkyystarkastelulla. Raaka-aineista potentiaalisemmilta vaikuttivat olki, metsäteollisuuden sivuvirrat ja ylijäämänurmi, sillä niissä on korkeat hiilihydraattipitoisuudet, niitä muodostuu paljon ja ne ovat edullisia. Sokerin tuotantokustannus oli pienempi käyttäen höyryräjäytysprosessia kuin ammoniakkiprosessia. Proteiinin tuotantokustannus oli pienin Pekilolle ja Torulalle. Pekilo prosessi vaikutti kannattavuudeltaan parhaimmalta, koska tuotantokustannukset olivat pienemmät sekä myyntikate, nettonykyarvo ja efektiivinen korko olivat suurimmat. Suurimmat kulutekijät sekä sokerin- että proteiinin tuotoille olivat entsyymien ja raaka-aineen hinta, saanto ja investointikustannus. Tässä diplomityössä todettiin, että lignoselluloosasokerin hinta bioteknologiseen tuottoon on liian kallis verrattuna tavalliseen sokeriin, kuten työ alussa oletettiin. Kuitenkin, nämä raaka-aineet voivat olla tulevaisuudessa tärkeitä, kun viljelykelpoinen maa-ala pienenee ruuan kulutuksen nousun seurauksena. Lisäksi todettiin, että mikrobiproteiinin tuotto voi olla kannattavaa, jos prosessia optimoidaan vielä, myyntihintaa nostetaan tai nostamalla tuotannon sivutuotteiden arvoa sekä tuotteiden elintarviketurvallisuus varmistetaan. Tuotantokustannuksia tulisi myös vertailla vaihtoehtoisilla raaka-aineilla, jolloin kustannukset saattavat laskea. Etenkin liukoiset sokerivirrat saattavat olla kannattavampia kuin lignoselluloosasivuvirrat bioteknologisessa tuotannossa.Description
Supervisor
Bankar, SandipThesis advisor
Pihlajaniemi, VilleParviainen, Tuure
Keywords
cellular agriculture, sidestreams, single-cell protein, lignocellulose
