인비콘

Inbicon

인비콘은 셀룰로스 에탄올을 생산하는 덴마크의 기업이다.

역사

덴마크 전력회사 엘삼은 1990년대부터 바이오매스를 에너지 생산에 활용하는 방안을 검토하기 시작했다.2003년에 첫 번째 시범 공장이 문을 열었고, 그것은 하루에 2.4 미터톤의 바이오매스를 처리할 수 있었다.2005년까지, 시범공장은 확장되었고 하루 24톤을 처리할 수 있었다.엘삼은 다른 6개 회사와 함께 2006년에 합병하여 동에너지를 만들었다.2007년에는 동에너지의 별도 자회사로 인비콘이 결성되었다.2009년 칼룬보그에 제1차 인비콘 바이오매스 정유공장이 문을 열고 2세대 연료 에탄올에 덴마크 밀짚을 가공했다.인비콘 제련소는 5년간 명판용량 상업용량운영을 통해 기술의 효능과 공정설계를 시연하였다.이 정유회사는 그 기간 동안 덴마크의 99개 스테이토일 주유소에 저탄소 재생 액체 연료를 판매했다.[1]동에너지를 5년간 운영한 후 지금은 외스테드가 기술이 성숙된 것으로 보고 인비콘 상업 실증 정제소에서 가동을 중단했다.[2][3]2019년 8월 창업 파트너와 미국 기반 공정 엔지니어링 회사인 응용프로세스솔루션스(APS)가 2009년부터 대규모 상업생산을 위해 인비콘 기술과 선도적인 사업개발, 프런트엔딩엔지니어링 디자인 등을 진행한 미국 기업 뉴에너지블루가 l기술 독점권을 매입했다.아메리카 대륙(인비콘 아메리카)에 대한 아이센스.뉴에너지블루는 농업 잔류물(밀짚, 옥수수 스토버)이 풍부한 미국 중서부의 여러 부지를 대상으로 타당성 조사를 실시해 각 부지에서 반경 50마일 이내에 이러한 향후 상업적 운영을 공급하고 있다.뉴에너지블루는 캘리포니아 주와 캐나다 등 저탄소 연료 공급 수요를 충족시키기 위해 복수의 현장에 진출할 것으로 기대하고 있다.

사료재고

이 회사의 기술이 고안한 최적의 바이오매스 공급 원료는 밀짚이다.그러나 옥수수 스토브, 풀, 설탕 바게스, 아룬도, 수수, 야자 기름 찌꺼기 등도 실험했다.따라서 가장 수익성이 높은 공급원료를 활용할 수 있는 적응성 있는 공정이다.

전처리공정

인비콘은 공급원료의 기계적 조건화 후 열전처리 공정을 활용한다.이 공정의 전제는 뜨거운 물을 이용한 추출을 통해 섬유분수와 액체분수를 생산하는 것이다.섬유 분율에서 이 프로세스는 초기 공급 원료에 존재하는 리긴의 80% 이상을 달성한다.[4]액체 분수는 C5 당, 알칼리 염화물, 발효 억제제를 포함한다.현재 존재하는 주요 발효억제제는 아세트산이다.그러나 발효억제제는 나중에 실현 가능한 비용으로 NH와의3 해독을 통해 제거할 수 있다.[4]이 전처리 과정은 산이나 염기를 사용하지 않고 물만 사용하기 때문에 일단 완성되면 전처리 약품을 추출할 필요가 없다.열수 전처리 공정의 초기 단계에서 공급 원료를 적신 후 최대 100 °C의 온도와 주변 압력에 동시에 배치한다.이것은 존재하는 공기를 추출할 수 있게 하고 공급 원료를 물로 포화시킨다.다음 단계에서는 약 5-15분 동안 온수 또는 증기를 추가하여 170 - 230 °C 범위의 상승된 온도에서 가압 처리를 수행한다.따라서 이러한 가압 처리 방법은 변화된 온도와 다른 구역의 압력이 후속 시간마다 증가함에 따라 역류 공정으로 라벨이 붙을 때 반복될 수 있다.열전처리 과정에서 방출된 증기를 채취하여 다운스트림 증발 공정에서 재사용한다.열수 전처리 과정 내내, pH에서 섬유 분율이 거의 중립적이 되도록 하는 산이 형성되어 있다.이것의 주된 이점은 효소 액화 작용에 대해 pH를 거의 조절하지 않아도 된다는 것이다.[4]

인비콘의 열수 전처리 이면의 발상은 섬유분수에서 헤미셀룰로오스와 리닌을 제거하는 것이 아니라 셀룰로오스의 보호를 무효화하는 것이다.[4]비록 인비콘이 이론에 얽매이는 것을 거부한다는 것을 분명히 하고 있음에도 불구하고.그들은 리깅이 물이 있는 곳에서 녹을 때, 그것의 소수성 특성 때문에 그것은 낮은 온도에서 굳어지는 마이크로 드롭을 형성할 것이라고 생각한다.전처리에 사용되는 조건 또한 헤미셀룰로오스를 가수 분해한다.따라서 이러한 리닌 마이크로 드립의 생성과 헤미셀룰로오스의 가수 분해는 셀룰로오스를 보호하는 두 성분을 중화시킨다.이 방법은 효소 가수분해효소의 효율성을 향상시키면서 공급 원료를 고유 섬유 상태로 유지한다.[4]

효소

인비콘은 특허받은 셀룰로오스 에탄올 생산 방식에 대해 3개 회사의 효소를 승인했다.Novojemes, Gencor, Royal DSM.

노보제목

2012년 현재 노보제(Novojemes)는 셀릭 CTec3를 생산하고 있는데 셀룰라아제와 헤미셀룰라아제 복합체다.이것은 이 CTec 콤플렉스의 3세대다.그들은 GH61 화합물을 첨가하여 효소 활동을 촉진한다.개선된 β-글루코시디제 및 새로운 헤미셀룰라제 활성을 바탕으로 CTec2에 비해 변환 효율이 월등히 높다는 것이 회사 측의 주장이다.[5]노보제 역시 엔도-xylanase와 베타-xylosidase 활동이 다른 헤미셀라제 복합체 셀릭 HTec3를 제공한다.CTec3와 결합하면 변환 효율을 높일 수 있다.[6]

게넨코르

정식 Genencor인 DuPont Bioscience는 유전자 변형 트리코더마 리세이에서 생산된 AccelerASE® TRIOTM을 제공한다.이 복합체는 엑소글루카나아제, 엔도글루카나제, 헤미셀룰라제, β-글루코시다아제로 구성되어 있다.이 회사의 효소 복합체는 알칼리성, AFEX, 희석산, 증기 폭발, 열/기계성 등 다양한 전처리에 사용될 수 있다.그 과정의 후자는 인비콘이 선택한 방법이다.최적의 성능을 위해 회사 지침은 pH를 4-6의 범위와 40-57°C의 온도로 명시한다.사용되는 효소의 양은 선택된 바이오매스 공급원료에 따라 다르지만 바이오매스 1g당 0.03~0.16mL 범위에 있다.[7]

로열 DSM

DSM은 셀룰로스 에탄올 생산을 위한 효소 칵테일을 가지고 있다.이 칵테일은 50℃에서보다 60℃에서 더 효율적으로 성능을 발휘하는 자동온도조절 셀룰라아제를 함유해 생산 중 냉각비용을 절감한다.또한 이 칵테일은 보관 안정성이 길다고 DSM은 주장하고 있다. 실온에서 최소 3개월만 보관할 경우) DSM 또한 현장에서 생산될 수 있기 때문에 운송비를 절감하고 공급망 신뢰성을 증가시킨다고 한다.이 효소 칵테일은 칼룬보그에 있는 동에너지-인비콘 실증공장에서 실험한 바 있다.그들은 DSM 효소가 동일한 높은 수율을 제공한다는 것을 확인했고 그것이 셀룰로오스 에탄올의 산업 생산에 유리하다는 것을 보여주었다.[8]

발효

선호하는 발효 에탄올로겐은 C6 발효 마이크로베(microbe)가 발효가 끝날 때 C5 당밀을 회수하는 과정이라고 생각된다.[9]

파일럿 플랜트

인비콘은 2003년에 첫 시범 공장을 설립했다.그 회사는 2005년에 두 번째 시범 공장을 열었다.마침내 2009년 12월 덴마크 칼룬보그에서 제작 스타트업이 공개됐다.이 공장에는 다양한 양의 열전처리 라인이 두 개 들어 있다.한 라인은 최대 용량이 100kg이고 다른 라인은 시간당 1000kg의 리그노셀룰로스 바이오매스를 가지고 있다.파일럿 플랜트에서는 C6 당분을 발효시키는 공업용 효모만 사용된다.밀짚 3만 t을 투입한 이 공장은 연간 540만l의 에탄올을 생산할 수 있다.이 공장은 또한 13,100 t의 리닌 펠릿과 11,250 t의 C5-몰라스를 생산한다.그들의 초기 시험 공장에서 그들은 하루에 2.4톤의 공급 원료를 사용하고 있었다.2005년 스케일업 시범공장은 하루 24톤으로 10배 증가하였다.마침내 2009년 칼룬보그의 시범 공장에서 그들은 하루에 100톤을 생산할 수 있다.인비콘의 미래 목표는 하루에 1,200톤의 공급 원료를 사용할 수 있는 공장을 위한 것이다.[10]

자금조달

인비콘 바이오매스 정제소는 덴마크 EUDP 프로그램과 프레임워크 프로그램으로부터 받은 보조금으로 자금을 조달한다.[11]

에너지 기술 개발 및 실증 프로그램(EUDP)은 CO2 배출량을 줄이고 환경에 덜 유해하며 화석 연료 소비량을 감소시키는 에너지 신기술을 개발하기 위한 자금을 제공한다.[12]인비콘은 7670만 DKK(10.3mio)를 받았다.EUR) Biomass 정유소의 설계 및 건설을 위한 덴마크 EUDP의 EUR).

Inbicon은 또한 6770만 DKK (910만 유로)로 유럽 7차 프레임워크 프로그램의 지원을 받고 있다.프레임워크 프로그램은 유럽 연구 영역에서 연구를 촉진하기 위해 유럽연합에 의해 만들어졌다.2010년 5월 20일, 유럽 연합 위원회는 4개의 유럽 바이오 연료 프로젝트와 협력할 것이라고 발표되었는데, 그 중 하나가 인비콘 공장의 칼룬보리 셀룰로시크 에탄올 프로젝트였다.[13]인비콘은 바이오매스 정제소 개발을 위한 유럽 5차 프레임워크에서도 보조금을 받았다.

특허

바이오에탄올 비살균 발효

인비콘은 에탄올을 비살균 발효하는 방법에 대해 특허를 얻었다.바이오매스의 전처리 및 효소 가수분해 과정에서 발효에 큰 영향을 미치는 미생물 억제제가 분비된다.또한 박테리아 오염, 특히 유산균 등 유산균에 의한 세균 오염은 비살균 상태에서는 예방이 어렵다.인비콘은 발효억제제가 유산균의 성장을 억제할 뿐 발효 효모에는 상대적으로 효과가 없는 농도의 범위를 발견했다.발효억제제의 최적 수준을 결정함으로써 효모 발효를 비살균 조건에서 실시할 수 있다.이러한 최적 수준은 전처리 중 및 후 리그노셀룰로오스 바이오매스의 수분/바이오매스 비율을 제어함으로써 달성할 수 있다.[14]

엔실리 바이오매스 생산 방법

리그노셀룰로오스가 효소 가수분해를 겪기 전에, 먼저 그것의 복잡한 구조를 분해하고 셀룰로오스를 노출시키기 위해 사전 처리를 해야 한다.전처리에는 보통 리그노셀룰로스 공급원을 고온(100~250°C)에서 가열하는 것이 포함되는데, 이는 많은 에너지를 필요로 하고 상업적 수준에서 매우 비용이 많이 든다.인비콘은 값비싼 난방과 화학 전처리제가 필요 없는 바이오에탄올 생산에 엔실리 바이오매스를 사용하는 방법을 특허받았다.실링된 바이오매스는 전처리 없이 효소 가수분해를 받을 수 있다.[15]

리닌이 존재하는 2세대 바이오에탄올 발효 시 효소 소비량을 줄이는 방법

리그노셀룰로스 공급원료의 효소 가수분해효소는 낮은 효소 가수분해를 극복하기 위해 고농도 효소가 필요하다.낮은 효소 가수분해효소는 셀룰로오스에 대한 효소 접근을 차단하는 리긴에 기인할 수 있다.효소 가수분해에 대한 리진의 영향을 줄이는 방법에는 여러 가지가 있는데, 그 중 하나가 계면활성제 첨가제의 사용이다.인비콘은 높은 건조 물질 함량에서 효소 가수분해가 폴리에틸렌 글리세롤의 존재에 도움이 될 수 있다는 것을 발견했다.[16]

참조

  1. ^ 인비콘우리의 역사http://www.inbicon.com/about_inbicon/our%20history/pages/our%20history.aspx (2013년 3월 31일 액세스)
  2. ^ "Inbicon: Biofuels Digest's 2015 5-Minute Guide : Biofuels Digest". April 2015.
  3. ^ "Dong Energy lukker bioethanol-anlæg i Kalundborg". 19 November 2014.
  4. ^ a b c d e B.H. Christensen. L.H. 게라크 "셀룰로오스 물질을 에탄올로 변환하는 방법과 장치." 미국 특허 8 123 864, 2012년 2월 28일.
  5. ^ Cannella, David; Jørgensen, Henning (2014). "Do new cellulolytic enzyme preparations affect the industrial strategies for high solids lignocellulosic ethanol production?". Biotechnology and Bioengineering. 111 (1): 59–68. doi:10.1002/bit.25098. PMID 24022674. S2CID 5942043.
  6. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2015-04-02. Retrieved 2013-04-14.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  7. ^ http://www.genencor.com/fileadmin/user_upload/genencor/documents/TRIO_ProductSheet_LowRes.pdf[bare URL PDF]
  8. ^ "DONG qualifies Royal DSM as cellulosic ethanol enzyme supplier". biomassmagazine.com. Retrieved 27 April 2016.
  9. ^ https://www.eia.gov/biofuels/workshop/pdf/paul_kamp.pdf[bare URL PDF]
  10. ^ M. Persson, 재무 & 기업 담당 부사장, 제3차 이해관계자 전체회의.2010년 4월 14일 프레젠테이션
  11. ^ 인비콘칼룬보그에 있는 인비콘 바이오매스 정유소.http://www.inbicon.com/biomass%20refinery/pages/inbicon_biomass_refinery_at_kalundborg.aspx (2013년 3월 31일 액세스)
  12. ^ 덴마크 ENERGY 에이전시.에너지 기술 개발 및 시연 프로그램([permanent dead link]2013년 3월 31일 액세스)
  13. ^ 동에너지.EU의 전략적 바이오 연료 파트너십 – Inbicon의 파트너십.(2013년 3월 31일 액세스)
  14. ^ 라르센, 1월바이오에탄올 비살균 발효미국 특허 8187849, 2012년 5월 29일.
  15. ^ 라르센, 1월엔실리 바이오매스 생산 방법미국 특허 8187848, 2012년 5월 29일.
  16. ^ 라르센, 1월리긴이 존재하는 2세대 바이오에탄올 발효 시 효소 소비를 줄이는 방법.미국 특허 7972826, 2011년 7월 5일.