Usprawniony proces wytwarzania enzymów zwiększa wydajność produkcji biogazu Skuteczne przekształcanie biomasy na biogaz wymaga użycia enzymów o sprawdzonej wydajności, które można wytwarzać na skalę przemysłową, jednak do tej pory wykorzystywanie enzymów w ramach tych procesów nie spełniało pokładanych w nich oczekiwań, a obserwowane efekty ich działania były mocno ograniczone. Energia © Paul Trainer (DBFZ) W ramach finansowanego ze środków UE projektu DEMETER naukowcy podjęli badania mające przynieść rozwiązanie tego problemu. Celem realizowanych prac było zwiększenie wydajności pozyskiwania enzymu stosowanego w produkcji biogazu, wytwarzanego przez grzyby Myceliophothora thermophila C1, znanego pod nazwą enzymu C1, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów tego procesu. Koordynatorka projektu Sandra Hinz wyjaśnia: „Chcieliśmy zwiększyć wydajność procesu produkcji enzymu w skali przemysłowej, a także późniejszej obróbki. Spowodowałoby to spadek kosztu produktu końcowego, a sam enzym znalazłby liczne zastosowania w produkcji biogazu w całej Europie”. Inicjatywa zaowocowała opracowaniem usprawnionego procesu fermentacji, który został wykorzystany do produkcji enzymu w skali laboratoryjnej. Naukowcy przeanalizowali wykorzystywany dotychczas protokół fermentacji, a następnie opracowali model matematyczny wykorzystujący dane dotyczące ulepszonego szczepu produkcyjnego, którego użycie miało zaowocować wytwarzaniem enzymu charakteryzującego się lepszą jakością. Na tej podstawie dobrali odpowiednio parametry produkcyjne. Ponadto zoptymalizowali proces wytwarzania enzymu tak, by uzyskać wzrost jego stężenia o co najmniej 50 %. Dr Hinz wyjaśnia: „Usprawniony proces fermentacji został najpierw zweryfikowany w ramach testów pilotażowych na niewielką skalę, natomiast w drugim etapie zostały przeprowadzone testy na szerszą skalę, z wykorzystaniem reaktora o pojemności 1500 litrów i objętości 15 metrów sześciennych”. Lepsze właściwości Prace zespołu przyniosły skutek w postaci wzrostu produkcji enzymu o 50 %. Zdaniem dr Hinz: „Oznacza to, że w jednym cyklu fermentacyjnym można teraz uzyskać o 50 % większą ilość enzymu niż do tej pory, co przekłada się na zmniejszenie liczbę niezbędnych cykli produkcyjnych. Jednocześnie udało się nam podnieść wydajność dalszych faz przetwarzania enzymu. Zdołaliśmy zwiększyć stopień odzyskiwania enzymu do 95 %”. Partnerzy projektu przetestowali skuteczność enzymu w dziewięciu próbach prowadzonych na szeroką skalę. Dr Hinz komentuje: „Próby prowadziliśmy w różnych zakładach produkujących biogaz, wykorzystujących między innymi procesy fermentacji suchej i mokrej, a także w zakładach, które korzystają z różnych podłoży. Dane pochodzące z prób przeprowadzonych na szeroką skalę w zakładach zostały następnie poddane analizie. W niektórych przypadkach stwierdzono możliwość zwiększenia szybkości degradacji substratów, choć szybkość tego procesu pozostawała na ogół niska”. Naukowcy zauważyli także zmiany właściwości reologicznych w postaci zmniejszonego zużycia mocy pobieranej przez mieszalniki, zwiększenia płynności pofermentu oraz redukcji liczby unoszących się warstw. Korzyści wynikające z wykorzystania enzymu w ramach procesu fermentacji, jakie stwierdzono w trakcie prowadzonych w zakładach badań, sugerują, że istnieje możliwość ulepszenia procesu uzyskiwania biogazu dzięki dodaniu odpowiednich dawek enzymu, które nie doprowadzą do znaczącego zwiększenia kosztów produkcji. W ramach projektu DEMETER badano skuteczność enzymu na niewielką skalę oraz w prowadzonych na dużą skalę badaniach terenowych. Dr Hinz zauważa: „Zasadniczo udało się stwierdzić, że zastosowanie enzymu przekłada się na nieznaczny wzrost skuteczności. W większości zakładów zaobserwowano poprawę płynności pofermentu oraz ogólną poprawę jego jakości. W efekcie udało się ograniczyć problemy wynikające z zatykania lub powodowane przez unoszące się warstwy, a także zminimalizować ilość długich struktur włóknistych w pofermencie. Dane uzyskane przy pomocy nowo opracowanego wiskozymetru kapilarnego wyraźnie pokazują, że enzym zmniejszył lepkość pofermentu”. Korzyści finansowe i środowiskowe Ocena wyników badań terenowych pod kątem technologicznym i ekonomicznym wykazała, że zastosowanie enzymu C1 zwiększa opłacalność produkcji biogazu w porównaniu do układów tradycyjnych, w których nie korzysta się z tego enzymu. Dr Hinz wskazuje też: „Ponadto ocena cyklu życia, w której uwzględniliśmy wszystkie etapy produkcji biogazu – od zbierania surowca odpadowego i wytwarzania enzymów do magazynowania biogazu – pozwoliła stwierdzić pozytywny wpływ tego procesu na środowisko w porównaniu do tradycyjnych procesów”. Słowa kluczowe DEMETER, enzym, biogaz, fermentacja, biomasa, enzym C1, ocena cyklu życia
