Technology improvement Patricia Osseweijer, Department of - - PowerPoint PPT Presentation

Patricia ¡Osseweijer, ¡Department ¡of ¡Biotechnology, ¡Faculty ¡of ¡Applied ¡Sciences ¡ ¡

Technology ¡improvement ¡

Technological ¡challenge ¡

IPAT: ¡Impact ¡= ¡Popula8on ¡x ¡Affluence ¡x ¡Technology ¡

2000 ¡ ¡

1 ¡ 1 ¡ 1 ¡ ½ ¡ 1 ¡½ ¡ 5 ¡ 1/15 ¡

2050 ¡

I ¡ P ¡ A ¡ T ¡ = ¡ 1 ¡ = ¡ = ¡

* =

0.72 ¡ Sugar ¡ FermentaHon ¡water ¡ Process ¡water ¡

Components ¡

Ammonia ¡ 0.02 ¡ 0.01 ¡ 41.67 ¡ 24.25 ¡ Sulphuric ¡acid ¡ Sodium ¡hydroxide ¡ 2.02 ¡ Waste ¡water ¡treatment ¡ 21.36 ¡ 0.32 ¡ Glycerol ¡

NREU ¡ (MJ/kg) ¡

0.23 ¡ 0.00 ¡ 0.00 ¡ 2.10 ¡ 2.84 ¡ ¡ 0.12 ¡ 1.10 ¡ 0.18 ¡

GHG ¡ (kg ¡CO2 ¡eq/kg) ¡ Characteriza8on ¡factors ¡

3.48 ¡ 19.42 ¡ 0.72 ¡ 0.05 ¡ 0.07 ¡ ¡ 0.04 ¡ 0.02 ¡ 3.26 ¡

Overall ¡flows ¡ (kg/kg ¡PDO) ¡ Emissions ¡& ¡ ¡Inputs/ ¡

• utputs ¡Inventory ¡ ¡

2.51 ¡ 0.34 ¡ 0.00 ¡ 2.23 ¡ 1.76 ¡ ¡ 0.07 ¡ 0.40 ¡ 1.05 ¡

NREU ¡ (MJ/kg ¡PDO) ¡

0.81 ¡ 0.02 ¡ 0.00 ¡ 0.11 ¡ 0.21 ¡ ¡ 0.00 ¡ 0.02 ¡ 0.59 ¡

GHG ¡ (kg ¡CO2 ¡eq/PDO) ¡ Category ¡Indicator ¡Results ¡

3.31 ¡ 32.98 ¡

Electricity ¡(units/MJ)* ¡ Steam ¡ Cooling ¡water ¡ 2.13** ¡ 5.94 ¡ 44.83 ¡ 0.42* ¡ 0.06* ¡ 3.95 ¡ 0.23 ¡

** ¡Electricity ¡ ¡in ¡(MJ/kg ¡PDO) ¡

0.01 ¡ 0.00 ¡ 0.90 ¡ 0.14 ¡ 23.47 ¡ 1.39 ¡ 0.25 ¡ 0.01 ¡

* ¡Electricity, ¡units ¡in ¡(MJ/MJ ¡and ¡kg ¡CO2 ¡eq/MJ) ¡

Improvement ¡targets ¡

Opportuni8es ¡for ¡technology ¡improvement ¡

• Sugars: ¡ ¡large ¡component ¡of ¡NREU, ¡GHG ¡and ¡costs ¡

¡ ¡ OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• Increase ¡yield ¡of ¡conversion ¡by ¡improved ¡(GM) ¡strains ¡
• Increase ¡yield ¡of ¡sugar ¡producHon ¡per ¡hectare ¡by ¡ ¡

¡improved ¡(GM) ¡crops ¡and ¡use ¡of ¡residues ¡(2G ¡technology) ¡

Opportuni8es ¡for ¡technology ¡improvement ¡

• Metabolic ¡side-­‑products: ¡glycerol, ¡butenetriol, ¡ace8c ¡acid, ¡

¡pyruvic ¡acid ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡CumulaHve ¡NREU ¡and ¡GHG ¡is ¡large ¡ ¡ ¡ OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• Prevent ¡side-­‑product ¡formaHon ¡by ¡improved ¡(GM) ¡strains ¡ ¡

¡this ¡also ¡improves ¡Downstream ¡Processing ¡(cleaner ¡broth) ¡ ¡CAPEX ¡and ¡OPEX. ¡ ¡

Opportuni8es ¡for ¡technology ¡improvement ¡

• Ammonia: ¡ ¡large ¡component ¡of ¡NREU ¡ ¡

¡(as ¡much ¡as ¡sugar, ¡while ¡much ¡less ¡quanHHes ¡are ¡used) ¡

• current ¡process ¡converts ¡NH3 ¡to ¡N2 ¡in ¡waste ¡water ¡treatment ¡ ¡

OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• Recover ¡and ¡recycle ¡as ¡ammonia ¡or ¡ammoniumnitrate ¡as ¡soil ¡

ferHliser, ¡this ¡requires ¡more ¡concentrated ¡water ¡streams ¡ ¡

Opportuni8es ¡for ¡technology ¡improvement ¡

• Wastewater ¡treatment: ¡large ¡component ¡in ¡NREU ¡and ¡GHG ¡

¡ ¡ OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• Reduce ¡water ¡use ¡by ¡improved ¡(GM) ¡strains ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡this ¡leads ¡to ¡increased ¡recycling ¡opHons ¡for ¡resource ¡recovery ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡by ¡more ¡concentrated ¡streams ¡and ¡lower ¡CAPEX ¡and ¡OPEX ¡

Opportuni8es ¡for ¡technology ¡improvement ¡

• Electricity ¡and ¡especially ¡steam ¡

¡very ¡large ¡component ¡in ¡NREU ¡and ¡GHG ¡ ¡steam ¡is ¡used ¡at ¡many ¡places ¡in ¡process ¡ ¡ ¡ OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• energy ¡and ¡heat ¡integra8on ¡as ¡target ¡in ¡analysing ¡process ¡opHons ¡ ¡
• considering ¡steam ¡and ¡energy ¡integraHon ¡with ¡neighbouring ¡

industries ¡

• op8mise ¡for ¡best ¡candidates ¡

¡ ¡

Opportuni8es ¡for ¡other ¡improvements ¡

• Loca8on ¡& ¡logis8cs ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Transport ¡of ¡feedstock ¡can ¡be ¡a ¡large ¡component ¡of ¡the ¡values ¡of ¡ ¡NREU ¡and ¡GHG ¡aggregated ¡for ¡sugar ¡ ¡ ¡ OpportuniHes ¡for ¡improvement: ¡

• calcula8on ¡of ¡op8mal ¡scale ¡of ¡process ¡operaHon ¡
• op8mise ¡for ¡best ¡venues ¡ ¡

¡ ¡

Conclusions ¡on ¡technology ¡improvement ¡

• both ¡LCA ¡and ¡economic ¡analysis ¡idenHfy ¡clear ¡opportuniHes ¡ ¡

for ¡improvement ¡ ¡

• opportuniHes ¡can ¡be ¡biological ¡(metabolic ¡engineering) ¡

¡as ¡well ¡as ¡process ¡engineering ¡

• should ¡be ¡seen ¡in ¡context ¡of ¡the ¡overall ¡business ¡case ¡

¡ ¡ ¡

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