 |
Towards the sustainable production of valuable chemicals from microalgae based on the sequestration of refused-CO2 in a novel, circular-loop gas separation membrane bioreactor system
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
126995 |
| Type |
NN |
| Principal investigator |
Bélafiné dr. Bakó, Katalin |
| Title in Hungarian |
Korea V4 i-AlgMemB Mikroalga alapú környezetbarát rendszerek fejlesztése gáz szeparációval integrált membrán bioreaktorokban |
| Title in English |
Towards the sustainable production of valuable chemicals from microalgae based on the sequestration of refused-CO2 in a novel, circular-loop gas separation membrane bioreactor system |
| Keywords in Hungarian |
Membrán, Alga, bioreaktor |
| Keywords in English |
membrane, alga, bioreactor |
| Discipline |
| Chemical Engineering (Council of Physical Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Environmental chemistry | | Biochemistry and Food Chemistry (Council of Physical Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Food technology |
|
| Panel |
Chemistry 2 |
| Department or equivalent |
Research Group on Bioengineering, Membrane Technology and Energetics (University of Pannonia) |
| Participants |
Bakonyi, Péter
Gubicza, László
Nemestóthy, Nándor
Rózsenberszki, Tamás
Tóth, Gábor
|
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2022-01-31 |
| Funding (in million HUF) |
12.237 |
| FTE (full time equivalent) |
2.78 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás fókuszában egy innovatív gázszeparációs membrán bioreaktor (GS-MBR) rendszer kifejlesztése, amely a szimultán módon lehetővé teheti a hatékonyabb mikroalga termesztést, valamint az értékes termékek - különösen a gázhalmazállapotú energiahordozók, mint például a biohidrogén - egyidejű előállítását. A tervezett koncepció megvalósításának fontos sarokköve az üvegházhatású CO2 (mely komponens az anaerob hidrogéntermelő fermentor atmoszférájában keletkezik) gázszeparációs membránokkal való minél szelektívebb elkülönítésének megvalósítása, s ezt követő hasznosítása az alga biotechnológiában. Az ezen szén-dioxiddal termesztett alga biomassza betakarítás után (jellemzően egy, a sejtfalat megbontó és a későbbi fermentációs lépést ezáltal segítő lépés beiktatásával) felhasználható a sötét fermentációs hidrogéntermelés alapanyagaként, amely így egy fajta ciklikus biofolyamat kialakítását támogatja. A tervezett GS-MBR megtervezése különböző bio- és membrántechnológiai területeken dolgozó tudósok együttműködését követeli meg, amely megfelel a Korea-V4 közös felhívás céljának, ösztönzi az intenzív hálózatépítést annak érdekében, hogy az új, élvonalbeli kutatási eredmények születhessenek.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A gázszeparációs membrán bioreaktor (GS-MBR) a közelmúltban egyfajta új alkalmazásként jelent meg, mely potenciálisan alkalmas a fermentorban kelekező gázok in-situ kezelésére, szétválasztására [1]. Így a GS-MBR megfelelő választásnak tűnik, hogy a CO2-ot közvetlenül az anaerob hidrogéntermelő folyamat során, a fermentor gázfázisából, annak saját atmoszférájából különítsük el s tápláljunk vele az algatermesztés helyszínéül szolgáló fotobioreaktorokat. Az így megtermelt alga, az abban található szénhidráttartalom fermentációs alapanyagot képez. Összességében a rendszer ezen képességei teszik GS-MBR-t kutatásra érdemes rendszerré, s áll a jelen kutatás első számú célkitűzéseként. A projektben résztvevő kutatók legjobb tudása szerint a GS-MBR felvázolt szintű és célú vizsgálata eddig még nem képezte alapkutatási tevékenység tárgyát, a terület szakirodalmi adatai még kifejezetten hiányosak. Véleményünk szerint a tervezett munka sikeres megvalósítása (amelyet Dél-Korea, Magyarország, Csehország és Lengyelország nemzetközileg elismert partnereinek együttműködése hajt) elegendő lehetőséget hordoz magában új és nemzetközileg is figyelemre méltó eredmények létrehozására, melyek a szélesebb kutatói közösségben mind a membránokkal, mind pedig a környezetvédelmi biofolyamatokkal foglalkozó szakemberek érdeklődését válthatja ki.
[1] Bakonyi P., et al. Applied Energy 2017;190:813-823
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A projekt egy gázszeparációval integrált membrán bioraktor rendszer kifejlesztését, vizsgálatát célozza a mikroalga biomassza (mint potenciális H2-termelési nyersanyag) termelésnek előmozdítása érdekében, anaerob fermentáció során keletkező szén-dioxid gáz alkalmazásával. Ez a várhatóan csökkentett környezeti lábnyomú, zöld technológia vizsgálata (magában foglalva a szén-dioxid fixálás és ezzel párhuzamos környezetbarát energetikai megoldások fejlesztését) jelenti a munka elsődleges hajtóerejét, melynek számos alapkutatás jellegű aspektusa van. A GS-MBR koncepciójának sikeres megvalósítása az egyes, specifikus membrános és algabiotechnológiai területen dolgozó kutatók hálózatának együttműködését kívánja meg. Mivel a projekt sikeres megvalósítása, az újszerű GS-MBR tanulmányozása interdiszciplináris megközelítést igényel, ezért szükség van a hálózatos működésre, melyben kardinális szerepe van a bio- és membrántechnológiai ismereteknek. Mivel a tervezett kutatómunka a terület hiányosan kutatott jellegéből jelentős, tudományos érdeklődést kiváltó eredményt hoztam magával, ez elősegítheti a nemzetközi tudáshalmaz bővítését.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A tervezett gáz szeparációs membrán bioreaktor, az egyes részfolyamatok egymáshoz integrálásával attraktív lehetőséget jelenthet egy fenntarthatóbb, szimultán bioenergia hordozó előállítást és (anaerob fermentorból származó szén-dioxid alapú) algatermesztést lehetővé tevő rendszer kialakításához. A jelen kutatásban résztvevő konzorcium partnerek legjobb tudása szerint a felvázolt koncepció vizsgálata kifejezetten hiányos, és megvalósíthatósági kutatások, jelentősebb tapasztalatok a területen még nem születtek. Vagyis a megcélzott munka lehetőséget teremthet a nemzetközi szinten is jelentős eredmények elérésére a membrán- és fermentációs technológia, valamint a több-lépcsős (egymás csatoltan működő) rendszerek optimalizálása területén.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
This project focuses on the development of innovative Gas Separation Membrane Bioreactor (GS-MBR) system that bridges cost-effective microalgal cultivation and its simultaneous conversion to value-added chemicals, in particular gaseous energy carrier such as biohydrogen. An important cornerstone of the proposed concept is to achieve the direct and efficient capture of greenhouse gas CO2 (a naturally-occurring compound of the anaerobic fermenter’s atmosphere to be refused by gas separation membranes) using algae, which, after harvesting, can be used as a feedstock for dark fermentation to advocate for a novel, circular bioprocess. The design of the envisaged GS-MBR requires the cooperation of scientists skilled in various bio- and membrane-technological areas, which is in compliance with the purpose of the Joint Korea-V4 Call, encouraging intense research networking in order that new, cutting-edge technologies are delivered.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The Gas Separation Membrane Bioreactor (GS-MBR) has recently been shown as an emerging application because of its potential for in-situ gas recovery and separation [1]. Thus, GS-MBR seems to be appropriate to enrich CO2 directly from the headspace of anaerobic hydrogen fermentation process, which could be fed as a substrate to auxiliary photo-bioreactors to grow microalgae, being recycled as a raw material for biocatalyzed H2-evolution. Overall, these aspects make the GS-MBR a worthy system for study and it stands therefore in the primary scope of this project. To the best knowledge of participating scientists, the feasibility of the GS-MBR has not been a subject of comprehensive R&D activity in the field of the proposed project and hence, is of distinguishable originality. In our opinion, the successful accomplishment of the intended work (guaranteed by the multi-lateral collaboration of internationally-recognized partners from South Korea, Hungary, Czech Republic and Poland) may provide sufficient opportunities to deliver new and remarkable findings, making it appreciated by the wider research community including membraneologists as well as scholars working on new generation environmental bioprocesses and sustainable technology design.
[1] Bakonyi P., et al. Applied Energy 2017;190:813-823
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The overall goal of the proposed project is to develop an innovative, gas separation integrated membrane bioractor system to promote microalgae biomass (as potential H2-production feedstock) by employing refuse-derived carbon dioxide gas. The necessity for establishing reduced-footprint, green technologies to facilitate carbon-capture and environmental-safe energy generation (i.e. algae-based H2 fermentation with CO2-utilization) is the primary driving-force of the intended project on GS-MBR, which heavily involves basic research streams. The implementation of the concept, being concerned with the valorization of organic biomass for high-value gaseous biofuel (hydrogen) production demands the network of experienced peers, having already-proven background on the required areas of bio- and membrane engineering and science. Since the project is expected to yield significant, fundamental outcomes attributed to the innovative GS-MBR set-up, the participants from South Korea and the Visegrad-4 countries (Czech Republic, Hungary, Poland ) are highly motivated to contribute to build a new body of international knowledge.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The proposed, circular-loop GSMBR system offers a novel opportunity to drive an integrated application towards self-sustainability via simultaneous algae cultivation and bioenergy carrier production using membrane technology where on-site generated, refused CO2 gas is utilized in the process. To the best knowledge of the consortia members, no in-depth, “proof of concept” studies in this specific set-up have been performed so far and thus, it is aimed to address this existing gap of knowledge and deliver primary information that can potentially earn the appreciation of the wider research community, having interest in (i) membrane engineering and science, (ii) development of advanced bioprocess for environmental safety as well as (iii) optimization of complex, multi-stage technologies. It is anticipated that the investigation in our scope can lead to better process efficiencies and moreover, has sufficient contribution to build a new body of knowledge in a multidisciplinary field dealing with hydrogen energy, algae biotechnology and membrane material/module design. As per our plan, high quality scientific papers will be published using the outcomes of this research in international, peer-reviewed journals and even, there may be a possibility to document methodologies and technological know-how in the form of a patent. With time, a blue print might be developed to commercialize this integrated approach to various branches of chemical engineering as a new direction forward.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
