Van huishoudelijk afval naar butanol en waterstof

Het toepassen van hogedruk en stoom is een bewezen methode voor de mobilisatie van waardevolle componenten uit biomassa. De methode wordt in het EU BESTF2-project, getiteld “Production of butanol and hydrogen by fermentation techniques using steam treated municipal solid waste (MSWBH)”, ingezet voor de conversie van huishoudelijk afval (MSW) naar een geschikte grondstof voor de productie van butanol en waterstof op pilot-schaal.

In het MSWBH project  wordt  huishoudelijk afval in het Verenigd Koninkrijk gebruikt voor de productie van grondstof voor fermentatie naar butanol en waterstof, beide belangrijke brandstoffen en chemicaliën. Het project moet bijdragen aan de Europese doelstelling dat alle transportbrandstof in 2020 voor 10% biobased is.

“Het Verenigd Koninkrijk heeft een nascheidingssysteem voor het verwerken van huishoudelijk afval, hetgeen betekent dat organisch afval niet apart wordt opgehaald,” aldus Pieternel Claassen, senior onderzoeker bij Wageningen Food & Biobased Research en betrokken bij het project. “Als we organische restproducten in huishoudelijk afval willen valoriseren, dan moet dit eerst gefractioneerd worden om de plastics, metalen en andere niet-organische componenten te verwijderen. Het behandelen van huishoudelijk afval met hogedruk en stoom resulteert in een koolhydraatrijke stroom. Deze stroom wordt vervolgens bij Wageningen Food & Biobased Research door anaerobe bacteriën gefermenteerd naar butanol en waterstof.”

Van hydrolyse via fermentatie naar butanol en waterstof

Het Wageningse deel van het onderzoek richt zich op de effecten van de voorbehandeling van het afval op de fermentatie. “Huishoudelijk afval wordt bij het Biorenewables Development Centre (BDC) in York behandeld in apparatuur die veel weg heeft van een autoclaaf ,” vervolgt Claassen. “Dit wordt gedaan om het afval makkelijker afbreekbaar te maken en ook vanuit ontsmettingsoogpunt. De koolhydraten in het voorbehandelde materiaal worden gehydrolyseerd door enzymen en de resulterende suikerstroom wordt naar ons laboratorium getransporteerd. De micro-organismen die butanol en waterstof produceren zijn anaerobe bacteriën die allerlei verschillende suikers kunnen gebruiken.”

Wageningen Food & Biobased Research heeft diepgaande kennis over fermentatieprocessen. Claassen: “In MSWBH bestuderen en optimaliseren we het gebruik van suikers. Daarnaast bepalen we het effect van andere componenten op de groei van de bacteriën. Organisch afval bevat veel verschillende componenten uit allerlei bronnen, zoals planten, voedselafval en papier. Dit kan het fermentatiegedrag beïnvloeden. De technologie die wij ontwikkelen zal aan het eind van het project worden opgeschaald in het pilotlaboratorium bij BDC in York. De complete fermentatie en opwerking tot zuivere butanol en waterstof wordt in Wageningen gerealiseerd.”

Voordelen van organisch afval voor butanol- en waterstofproductie

Het gebruik van de organische fractie uit huishoudelijk afval als grondstof voor brandstoffen of chemicaliën als butanol en waterstof heeft volgens Claassen grote voordelen boven huidige processen. “Bio-ethanol, dat voornamelijk wordt geproduceerd uit voedselgewassen als maïs, is momenteel de meest gebruikte biobrandstof. Afgezien van de voedsel-versus-brandstof-discussie, is het voornaamste nadeel hiervan financieel: de grondstoffen en de verwerking ervan bepalen over het algemeen zo’n 70% van de kosten. Door MSW te gebruiken als grondstof voor biobrandstof en chemicaliën worden in ieder geval de grondstofkosten beperkt en in MSWBH wordt naar de goedkoopste oplossing gezocht voor de voorbehandeling” Claassen verwacht dat een economisch levensvatbaar productieproces tot de toekomstige mogelijkheden behoort.