aalto1 untyped-item.component.html
Ammonia recycling after soaking ensiled grass in aqueous ammonia for improved hydrolysability
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3022
Language
en
Pages
92
Series
Abstract
Ensiled grass is a potential low-cost biorefinery feedstock with surplus production capacity in Europe and properties suitable for advanced animal feed applications and biochemical production. In a typical biorefinery concept, pretreatment of lignocellulosic biomass is required for facilitating enzymatic hydrolysis of carbohydrates in biorefineries. However, due to its cost intensive nature, pretreatment is one of the main reasons why lignocellulose has not yet been utilised fully. Soaking in aqueous ammonia (SAA) is a promising pretreatment process that is being improved for more cost-effective lignocellulose saccharification. Still, the recovery and recycling of ammonia in this process has not been thoroughly researched on to improve the feasibility of the process.
The current thesis aimed to study the recovery of ammonia from ammonia pretreated grass silage with simple distillation methods and to determine the effects the recovery has on the yield of enzymatic hydrolysis. A larger scale single-reactor process for ammonia soaking, recovery and enzymatic hydrolysis was demonstrated. Three different ammonia loading ratios in SAA were used to find out the effects on the hydrolysis and ammonia yield in the recovery process.
The recovery of ammonia was successful and the best results were gained in the single-reactor study where 66 % of the ammonia was recovered by only evaporating 12 % of the total liquid. The ammonia was recovered as an aqueous solution at a concentration sufficiently high for efficient recycling. The recovery process did not have any detrimental effects on the enzymatic hydrolysis and 10 % ammonia loading was sufficient for efficient pretreatment, leading to hydrolysis yields up to 86 %.
The study carried out in this thesis concluded that the recovery of ammonia from SAA can be efficiently performed with simple equipment under atmospheric pressure. Especially the single-reactor process combined with simple recycling method could potentially be utilised in local and decentralised processing of ensiled grass.
Säilörehu on potentiaalinen ja edullinen raaka-aine biojalostamoille parannellun rehun ja biokemikaalien tuotantoon. Saavuttaakseen potentiaalinsa, säilörehu, kuten kaikki muutkin lignoselluloosamateriaalit, on esikäsiteltävä, jotta sen pilkkominen jatkojalostettaviksi sokereiksi onnistuisi. Esikäsittelyprosessit ovat kuitenkin vielä kalleimpia askelia lignoselluloosan prosessoinnissa, estäen osakseen sen laajamittaisen hyötykäytön. Liotus ammoniakin vesiliuoksessa (soaking in aqueous ammonia, SAA) on lupaava esikäsittelytapa, jota kehitetään tehokkaampaan lignoselluloosan hyödyntämiseen. Ammoniakin kierrätystä kannattavuuden parantamiseksi tässä prosessissa ei ole kuitenkaan tutkittu kattavasti.
Tässä diplomityössä tutkittiin ammoniakin kierrätystä säilörehusta, joka oli esikäsitelty ammoniakilla, yksinkertaisella tislauslaitteistolla, sekä tislauksen vaikutusta seuraavaan entsymaattiseen hydrolyysiin. Esikäsittely, ammoniakin talteenotto ja entsymaattinen hydrolyysi suoritettiin myös isommassa kokoluokassa peräkkäin yhdessä reaktorissa. SAA-prosessissa käytettiin kolmea eri ammoniakkikonsentraatiota selvittämään niiden vaikutus hydrolyysin ja talteenoton saantoon.
Ammoniakin talteenotto onnistui, ja parhaat tulokset saatiin yhden reaktorin prosessissa, missä 66 % ammoniakista saatiin talteen haihduttamalla vain 12 % alkuperäisestä nestemäärästä. Ammoniakki onnistuttiin saamaan talteen vesiliuoksena korkeassa väkevyydessä kierrätystä varten. Talteenottoprosessilla ei havaittu olevan haitallisia vaikutuksia entsymaattiseen hydrolyysiin. Kymmenen prosentin ammoniakkiannostus riitti tehokkaaseen esikäsittelyyn, mikä johti 86 %:n saantoihin hydrolyysissä.
Tämän diplomityön tulokset osoittavat, että ammoniakin talteenotto SAA-prosessista on tehokasta yksinkertaisilla laitteilla normaalipaineessa. Erityisesti yhden reaktorin prosessi yhdistettynä yksinkertaiseen talteenottomenetelmään voitaisiin hyödyntää paikallisissa ja hajautetuissa biojalostamoissa.