Biomassza hasznosítás kémiai alapfolyamatainak tanulmányozása  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
72710
típus K
Vezető kutató Várhegyi Gábor
magyar cím Biomassza hasznosítás kémiai alapfolyamatainak tanulmányozása
Angol cím Study of fundamental chemical processes of biomass utilization
magyar kulcsszavak biomassza, megújuló energia
angol kulcsszavak biomass, renewable energy
megadott besorolás
Műszaki kémia (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)100 %
Ortelius tudományág: Alkalmazott kémia
zsűri Kémia 2
Kutatóhely Anyag- és Környezetkémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont)
résztvevők Barta Zsolt
Bélafiné dr. Bakó Katalin
Dienes Dóra
Gyalai-Korpos Miklós
Herseczki Zsanett
Marton Gyula
Mészáros Erika
Pekkerné Jakab Emma
Réczey Istvánné
Sáhó Éva
Sebestyén Zoltán
Sipos Bálint
projekt kezdete 2008-04-01
projekt vége 2012-10-31
aktuális összeg (MFt) 14.900
FTE (kutatóév egyenérték) 10.19
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
Korszerű, perspektivikus biomassza hasznosítási eljárásokat vizsgálunk alapkutatási jelleggel. A fő cél az eljárások hátterének mélyebb és pontosabb megértése, valamint hatékonyságuk növelése. A munka fókuszában az alábbi eljárások állnak:
(a) a cellulóz hidrolízisén alapuló bioetanol gyártás;
(b) egy nagy kitermelésű, környezetbarát faszén gyártás, valamint az ezzel nyert faszenek újszerű alkalmazásain alapuló eljárások;
(c) szennyvizek tisztítására alkalmas módosított lignocellulóz rostok előállítása biomasszából.
A nyersanyagok lignocellulóz anyagok, melyek köre a mezőgazdasági hulladékoktól az energiaültetvényekig terjed vizsgálatainkban.
A fenti folyamatok kutatása mellett a munka a nyersanyagok és a melléktermékek olyan sajátosságainak megismerését célozza, melyek támpontot nyújtanak más módszerekkel, más célra történő felhasználásuk számára is.

A tervezett alapkutatás elősegíti a biomassza hatékonyabb és gazdaságosabb felhasználását célzó K+F tevékenységeket, és így fontos környezetvédelmi célok megvalósításához járul hozzá. Fontos cél a kutatói utánpótlás fejlesztése is. Az eredményeket nemzetközi szakfolyóiratokban, valamint konferenciákon publikáljuk. Emellett várhatóan 3 PhD értekezésben is megjelennek.

A konzorcium három, egymás adottságait jól kiegészítő teamből áll, melyek a munka számottevő hányadát közösen végzik. A tervezett munkához közvetlenül kapcsolódik három kormányközi TéT együttműködés. Ezen felül négy további, hosszú évek óta sikeresen folyó együttműködés is fontos szerepet kap a munkában amerikai, svéd, norvég és finn kutatókkal.
angol összefoglaló
Modern, prospective biomass utilization methods will be studied in the planned fundamental research. A deeper insight and a more precise knowledge are sought about the background of the processes, and their effectiveness is wished to be improved. The work focuses on the following procedures:
(i) bio-ethanol production via cellulose hydrolysis;
(ii) high-yield, environmental-friendly charcoal production and novel uses of the high-yield charcoals;
(iii) production of modified lingocellulosic fibers from biomass for waste water treatment.
The feedstock includes lignocelluloses ranging from agricultural wastes to energy plantations.
We shall also obtain such knowledge on the properties of the feedstock materials and the byproducts that may enhance their better utilization in other sort of processes for other purposes, too.

The fundamental studies of this proposal will aid applied research and development for better, more effective and more feasible utilization of the various biomass materials. In this way the project contributes to the realization of important environmental-protection goals. The project also includes the training of young scientists. The results are planned to be published in the leading journals of the field as well as on conferences and in three PhD theses.

The consortium consists of three teams that plan to carry out the work together. The research is directly connected to three intergovernmental science and technology agreements. Other cooperation works with American, Swedish, Norwegian and Finnish scientists will also be included. These international collaborations have proved effective and successful so far.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
(1) Biomassza anyagok széles skáláját vizsgáltuk termikus módszerekkel. A hőbomlásról, az égési folyamatokról, és az elgázosításról nyertünk ismereteket, valamint hozzájárultunk egyes biomassza-hasznosítási eljárások során lejátszódó folyamatok mélyebb megértéséhez. Olyan reakciókinetikai modelleket alkalmaztunk, ill. dolgoztunk ki, melyek nagyobb mérési sorozatokon, a kísérleti körülmények széles tartományában írják le a vizsgált termikus reakciókat, és tükrözték a vizsgált minták szerkezetének és felépítésének komplikált voltát. (2) Bioetanol gyártás tématerületen öt szubsztráton (gőzrobbantással előkezelt cukorcirok bagasz, kender, kender pozdorja és kontrollként két modell szubsztrát) vizsgáltuk a Tween 80 és a PEG 4000 adalékanyagok hatását különböző hőmérsékleteken. Kísérleteinkben kimutattuk, hogy ezen adalékanyagok hozzáadásával növelhető a szubsztrátok enzimes lebontásának hatékonysága. Cukorcirok alapú technológiák anyag- és energiamérlegének modellezésével igazoltuk, hogy a teljes termelési időszak alatt biztosítani lehet az üzem hőigényét a melléktermékek felhasználásával. (3) Bioszorbenseket állítottunk elő lignocellulóz típusú agro-hulladékokból (kipréselt repce pellet, keményítőmentes búzamag) kémiai módosításokkal, amelyek így alkalmasak voltak szervetlen illetve szerves anyagok (szennyezők) megkötésére.
kutatási eredmények (angolul)
(1) A wide range of biomass materials have been studied by thermal analysis and related methods. New knowledge was obtained on the thermal decomposition, combustion processes and gasification by CO2. The work contributed to a deeper understanding of the reactions taking place during various biomass utilization methods. Such reaction kinetic models were employed and developed that reflected the complexity of the studied materials and described larger series of experiments at various experimental conditions. (2) In the field of bioethanol production the effect of Tween 80 and PEG 4000 additives on five substrates (steam pretreated sweet sorghum bagasse, hemp, hemp hurds and two model substrates) was investigated at various temperatures. It was proven that these additives could increase the efficiency of enzymatic digestibility of these substrates. By modeling the mass and energy balances of sweet sorghum based technologies it was verified that the heat demand of the process can be covered during the whole production period by utilizing the by-products. (3) Biosorbents were prepared from lignocellulosic agricultural wastes (pressed rape seed pellet, starch free wheat seed) by chemical modifications. The products were suitable to bond organic and inorganic pollutants.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72710
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Várhegyi G; Chen H; Godoy S: Thermal decomposition of wheat, oat, barley and Brassica carinata straws. A kinetic study., Energy & Fuels 23, 646-652., 2009
Khalil R; Várhegyi G; Jäschke S; Grønli M G; Hustad, J.: CO2 gasification of biomass chars. A kinetic study., Energy & Fuels, 23, 94-100, 2009
Mészáros E; Jakab E; Gáspár M; Réczey K; Várhegyi, G: Thermal behavior of corn fibers, corn fiber gums prepared in fiber processing to ethanol, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 85, 11-18, 2009
Oudia A; Mészáros E; Jakab E; Simões R; Queiroz J; Ragauskas A; Novák L: Analytical pyrolysis study of biodelignification of cloned Eucalyptus globulus, Pinus pinaster Aiton kraft pulp and residual lignins, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 85, 19-29, 2009
Wu M; Várhegyi G; Zha Q: Kinetics of cellulose pyrolysis after a pressurized heat treatment, Thermochimica Acta, 496, 59-65, 2009
Sipos B; Réczey J; Somorai Zs; Kádár Zs; Dienes D; Réczey K: Sweet sorghum as feedstock for ethanol production; enzymatic hydrolysis of steam pretreated bagasse, Applied Biochemistry and Biotechnology, 153, 151-162, 2009
Szijártó N; Kádár Zs; Varga E; Thomsen A B; Costa-Ferreira M J; Réczey, K: Pretreatment of reed by wet oxidation and subsequent utilization of the pretreated fibers for ethanol production., Applied Biochemistry and Biotechnology, 155, 386-96, 2009
Benkő Zs; Réczey K: Lignocellulózok enzimes degradációja - A hemicellulázok, mint segítőenzimek, Magyar Kémikusok Lapja, 7-8, 212-218., 2009
Barta Zs; Réczey K; Zacchi G.: Techno-economic evaluation of stillage treatment with anaerobic digestion in a softwood-to-ethanol process., Biotechnology for Biofuels 2010, 3:21 doi:10.1186/1754-6834-3-21, 2010
Erdei B; Barta Z; Sipos B; Réczey K; Galbe M; Zacchi G.: Ethanol production from mixtures of wheat straw and wheat meal, Biotechnology for Biofuels 3:16, 2010
Sipos B; Kreuger E; Svensson S-E; Reczey K; Bjornsson L; Zacchi G: Steam pretreatment of dry and ensiled industrial hemp for ethanol production, Biomass and Bioenergy, 34, 1721-1731, 2010
Várhegyi G; Bobály B; Jakab E; Chen H: Thermogravimetric study of biomass pyrolysis kinetics. A distributed activation energy model with prediction tests, Energy & Fuels 25, 24-32, 2010
Sipos B; Dienes D; Schleicher Á; Perazzini R; Crestini C; Siika-aho M; Réczey K: Hydrolysis efficiency and enzyme adsorption on steam pretreated spruce in the presence of poly(ethylene glycol), Enzyme and Microbial Technology 47, 84-90, 2010
Jakab E; Mészáros E; Borsa J: Effect of slight chemical modification on the pyrolysis behavior of cellulose fibers, J. Anal. Appl. Pyrolysis 87, 117–123, 2010
Egües I; González Alriols M; Herseczki Zs; Marton Gy, Labidi J: Hemicelluloses obtaining from rapeseed cake residue generated in the biodiesel production process [Marton Gy posthumus cikke, már nem tudta a támogatást feltüntetni], Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16, 293–298, 2010
Sipos B; Benkő Z; Dienes D; Réczey K; Viikari L; Siika-aho M.: Characterisation of specific activities and hydrolytic properties of cell-wall degrading enzymes produced by Trichoderma reesei Rut C30 on different carbon sources, Applied Biochemistry and Biotechnology,161, 347-364, 2010
Barta Zs; Oliva J M; Ballesteros I; Dienes D; Ballesteros M; Réczey K. Refining hemp hurds into fermentable sugars or ethanol: Refining hemp hurds into fermentable sugars or ethanol, Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 24, 331-339, 2010
Barta Zs; Kovács K; Réczey K; Zacchi G: Process design and economics of on-site cellulase production on various carbon sources in a softwood-based ethanol plant, Enzyme Research 2010, Article ID 734182, doi:10.4061/2010/734182, 2010
Gyalai-Korpos M; Nagy G; Mareczky Z; Schuster A; Réczey K; Schmoll M: Relevance of the light signaling machinery for cellulase expression in Trichoderma reesei (Hypocrea jecorina), BMC Research Notes 3:330, DOI:10.1186/1756-0500-3-330, 2010
Kreuger E; Sipos B; Zacchi G; Svensson S-E; Björnsson L: Bioconversion of industrial hemp to ethanol and methane: The benefits of steam pretreatment and co-production, Bioresource Technology 102, 3457-3465, 2011
Gyalai-Korpos M; Mangel R; Alvira P; Dienes D; Ballesteros M; Reczey K: Cellulase production using different streams of wheat grain- and wheat straw-based ethanol processes, Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 38, 791-802, 2011
Várhegyi G; Bobály B; Jakab E; Chen H: Thermogravimetric study of biomass pyrolysis kinetics. A distributed activation energy model with prediction tests., Energy Fuels, 25, 24-32, 2011
Sebestyén Z; May Z; Réczey K; Jakab E: The effect of alkaline pretreatment on the thermal decomposition of hemp, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 105, 1061-1069, 2011
Sipos B; Szilágyi M; Sebestyén Z; Perazzini R; Dienes D; Jakab E; Crestini C; Réczey K: Mechanism of the positive effect of poly(ethylene glycol) addition in enzymatic hydrolysis of steam pretreated lignocelluloses, Comptes Rendus Biologies (Lignobiotech One), 334, 11, 812–823, 2011
Németh D; Labidi J; Gubicza L; Bélafi-Bakó K: Comparative study on heavy metal removal from industrial effluents by various separation methods, Desalination and Water Treatment 35 242-246, 2011
Németh D; Dobos L; Gubicza L; Bélafi-Bakó K: A step towards the sustainable agriculture: Preparation and investigation of an ion exchange material from agricultural wastes, process optimization by multi-step full factorial design, Conservation, Information, Evolution 1, 25-35, 2011
Németh D; Barta Zs; Labidi J; Gubicza L; Bélafi-Bakó K: Study on sorption characteristics of citric acid modified rape-seed pellet considering the chemical pretreatment processes, Hung. J. Ind. Chem. 39 407-411, 2011
Trninić M; Wang L; Várhegyi G; Grønli M; Skreiberg Ø: Kinetics of corncob pyrolysis, Energy Fuels 26, 2005-2013, 2012
Várhegyi G; Sebestyén Z; Czégény Z; Lezsovits F; Könczöl S: Combustion kinetics of biomass materials in the kinetic regime, Energy Fuels 26, 1323-1335, 2012
Alvira P; Gyalai-Korpos M; Barta Zs Oliva J.M; Reczey K; Ballesteros M.: Production and hydrolytic efficiency of enzymes from Trichoderma reesei RUTC30 using steam pretreated wheat straw as carbon source., Journal of Chemical Technology & Biotechnology. Közlésre elfogadva, 2012
Sebestyén Z; Lezsovits F; Jakab E; Várhegyi G: Correlation between heating values and thermogravimetric data of sewage sludge, herbaceous crops and wood samples, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 110, 1501-1509, 2012
Fehér Cs; Barta Zs; Réczey K: Process considerations of a biorefinery producing value-added products from corn fibre, Periodica Polytechnica - Chemical Engineering. 56, 9-19, 2012
Gyalai-Korpos M; Fülöp T; Sipos B; Réczey K: Processing sweet sorghum into bioethanol – an integrated approach, Periodica Polytechnica - Chemical Engineering 56, 1-9, 2012
Barta Zs; Kreuger K; Björnsson B: Effects of steam pretreatment and co-production with ethanol on the energy efficiency and process economics of combined biogas, heat and electricity production from industrial hemp, Biotechnology for Biofuels (Beküldött közlemény), 2012
Tapasvi D; Khalil R; Várhegyi G; Skreiberg Ø; Tran K; Grønli M: The kinetic behavior of torrefied biomass in an oxidative environment, Energy & Fuels (beküldött közlemény), 2012
Barta Zsolt: Experimental and techno-economic approaches in improvement of the lignocellulosic-ethanol process, PhD értekezés, BME, 2011
Gyalai-Korpos Miklós: Insight into the biomass to ethanol process with emphasis on cellulase production by Trichoderma reesei, PhD értekezés, BME, 2012
Németh Dóra: Bioszorbensek előállítása mezőgazdasági hulladékokból származó, módosított cellulózrostok felhasználásával, PhD, Pannon Egyetem, Vegyészmérnöki és Anyagtudományi Doktori Iskola, 2012
Sipos Bálint: Conversion of Lignocelluloses to Fermentable Sugars for Ethanol Production. Megvédett Phd értekezés, http://www.omikk.bme.hu/collections/phd/Vegyeszmernoki_es_Biomernoki_Kar/2011/Sipos_Balint/ertekezes.pdf, 2011
Blance M; Gonzales M; Herseczki Z; Marton G; Llano-Ponte R; Labidi J: Fractionation of biodiesel waste, 16th European Biomass Conference & Exhibition, 2-6 June 2008, Valencia, Spain, pp. 1756-1760, 2008
Barta Zs; Dienes D; Réczey I.: Hogyan tehető gazdaságossá egy cukorcirok alapú alkoholgyártó kisüzem?, Georgikon Napok Tudományos Konferencia Kiadvány (ISBN: 978-963-9639-35-5) 73-82, 2010
Sipos B; Dienes D;. Réczey I.: Lignocellulóz tartalmú termények és melléktermékek hasznosítása fermentálható szénhidrátok és bioetanol előállítás céljából, Georgikon Napok Tudományos Konferencia Kiadvány (ISBN: 978-963-9639-35-5), 2010
Németh D; Marton G; Bélafi-Bakó K: Cellulóz citrát előállítása és felhasználása, 38. Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, 2010
Németh D; Tollár Á N; Bélafiné Bakó K: Citromsavval módosított RP cellulóz fémion megkötése, Nemzetközi Vegyészkonferencia, Kolozsvár, 2010
Németh D; Barta Zs; Labidi J; Gubicza L; Bélafiné Bakó K: Citromsavval módosított repce pellet adszorpciós hatékonysága a kémiai előkezelések tükrében, Műszaki Kémiai Napok ’11 Konferenciakiadvány (ISBN:978-615-5044-07-6), 250-255, 2011
Mareczky Z; Barta Zs; Réczey I; Fehér Cs: Egy fontos cukoralkohol: a xilit, Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciakiadvány (ISBN: 978-963-284-242-4) 228-235, 2012
Barta Zs; Dienes D; Réczey K: Kinetic modelling of enzymatic hydrolysis of agricultural residues, First European Workshop on Biotechnology for Lignocellulose Biorefineries, Copenhagen, Denmark, 2008
Gyalai-Korpos M; Kádár Zs; Réczey K: Fuel ethanol from sweet sorghum juice, kernel and bagasse, First European Workshop on Biotechnology for Lignocellulose Biorefineries, Copenhagen, Denmark, 2008
Marton G; Labidi J; Gonzales M; Herseczki Z; Llano-Ponte R; Marton Z: Fractionation of biodiesel waste, 18th International Congress of Chemical and Process Engineering, 24th-28th August 2008, Prague, Czech Republic, Azonosító: 0808, 2008
Kádár Zs; Ballesteros I; Oliva J;M; Manzanares P; Negro M;J; Szijártó N; Nagy I; Réczey K; Ballesteros M: Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of steam pretreated hemp, 30th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals, New Orleans, LA, USA, 2008
Sipos B; Réczey J; Somorai Zs; Kádár Zs; Réczey K: Steam pretreatment and enzymatic hydrolysis of sweet sorghum bagasse, 30th Symposium on biotechnology for fuels and chemicals, New Orleans, LA, USA, 2008
Dienes D; Benkő Zs; Réczey K: Etanol lignocellulózokból II. – Az enzimrendszer összetételének hatása a lignocellulózok hidrolízisére, Műszaki Kémiai Napok ’08, Veszprém, 2008
Barta Zs; Deák A; Sipos B; Réczey K: Modelling a sweet sorghum processing bioethanol plant – whole crop utilization, Second European Workshop on Biotechnology for Lignocellulose Biorefineries, Biel, Switzerland, 2008
Benkő Zs; Dienes D; Réczey K: Etanol lignocellulózokból I. – Fermentációs szénforrás hatása az enzimrendszer összetételére, Műszaki Kémiai Napok ’08, Veszprém, 2008
Sipos B; Barta Zs; Gyalai-Korpos M; Sassner P; Réczey K: Can sweet sorghum be a feasible raw material for ethanol production in Hungary?, 16th European biomass conference and exhibition, Valencia, Spain, 2008
Barta Zs; Oliva J M; Ballesteros I; Dienes D; Ballesteros M; Réczey K: Steam pretreatment of hemp hurds for bioethanol production, Third European Workshop on Biotechnology for Lignocellulose Biorefineries, Varenna, Italy, 2009
Barta Zs; Oliva J M; Ballesteros I; Dienes D; Ballesteros M; Réczey K: Kenderpozdorja feldolgozása fermentálható cukrokká és etanollá, 336. Tudományos Kollokvium (MTA Élelmiszertudományi Komplex Bizottság, KÉKI, Magyar Élelmezésipari Tudományos Egyesület közös rendezvénye), 2009
Bobály B; Várhegyi G; Jakab E; Chen H: Kinetics of the thermal decomposition of agricultural by-products, 2nd Czech - Hungarian - Polish - Slovakian Thermoanalytical Conference, Zakopane, 2009
Sebestyén Z; Jakab E: Effect of alkaline pretreatments on the thermal decomposition of hemp, 2nd Czech - Hungarian - Polish - Slovakian Thermoanalytical Conference, Zakopane, 2009
Sipos B; Sebestyén Z; Somorai Z; Dienes D; Jakab E; Várhegyi G; Réczey K: Effect of poly(ethylene glycol) on enzymatic hydrolysis of different lignocellulosic substrates, Third European Workshop on Biotechnology for Lignocellulose Biorefineries, Varenna, Italy, 2009
Várhegyi G: Thermal decomposition kinetics of biomasses and other multicomponent materials. Methods and strategies for modeling and evaluation, 2nd Czech - Hungarian - Polish - Slovakian Thermoanalytical Conference, Zakopane, 2009
Barta Zs; Réczey I.; Zacchi G.: Milyen melléktermékek esetén a leggazdaságosabb egy lignocellulóz alapú alkoholgyár?, Doktoranduszok Fóruma. Debrecen, 2010. november 4., 2010
Sipos B; Szilágyi M; Sebestyén Z; Dienes D; Jakab E; Várhegyi G; Crestini C; Siika-aho M; Viikari L; Réczey K: Mechanism of the positive effect of poly(ethylene glycol) addition on conversion and enzyme adsorption in enzymatic hydrolysis of lignocelluloses, Lignobiotech ONE, Reims, France, 2010
Németh, D; Dobos, L; Labidi J; Gubicza, L; Bélafi-Bakó K: Application of experimental design to optimize manufacture of ion exchange material from agricultural waste, 38th Int. Conf. SSCHE, Slovakia, Proceedings (CD), 2011





 

Projekt eseményei

 
2012-11-22 15:45:45
Résztvevők változása
2012-03-20 09:33:21
Résztvevők változása
2011-06-01 11:23:20
Résztvevők változása
2010-02-18 12:10:45
Résztvevők változása




vissza »