Alkalmazott kutatás-fejlesztés a lignin körförgásos hasznosításának ipari megalapozásásra és értéknövelt, nemzetközi piaci termékekké alakítására
Projekt azonosítója: 2019-2.1.13-TÉT_IN-2020-00043.
Projekt kezdő dátuma: 2021.02.01.
A projekt időtartama: 36 hónap
Project Partnerok:
- Természettudományi Kutatóközpont (TTK)
- 3R-Biophosphate Kft.
- Assam állam Tezpur Egyetemének Energia Tanszéke
Támogatás összege: 65.968.885 Ft
Projekt rövid bemutatása:
A legnagyobb tömegben keletkező bioanyag, a lignocellulóz ígéretes megújuló szén- és energiaforrás, mely alkalmas fosszilis források kiváltására. A lignin a lignocellulóz egyik fő komponense, ami a cellulóz- és papíripar, valamint a bioetanol gyártás melléktermékként már ma is jelentős mennyiségben hasznosításra vár. Jelenleg többnyire kémiai energiáját hasznosítják egyszerű elégetéssel. A lignin a lignocellulóz legnehezebben lebontható biopolimer komponense. Hasznos termékekké alakítása igazi kihívást jelent. A lignocellulózt feldolgozó technológiák gazdaságossága jelentősen javítható lenne a lignin innovatív, értéknövelő hasznosításával. A projekt alapvető célja a lignin teljes körű, körforgásos hasznosítását megvalósító biológiai-, energetikai- és katalitikus eljárások kutatása és fejlesztése, valamint a kifejlesztett termékek nemzetközi piacra vitele.
A konzorcium vezetője a TTK. A projekt aktív résztvevője a TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet Megújuló Energia Kutatócsoportja, mely az emberi tevékenységből származó káros környezeti hatások csökkentésének lehetőségeivel és a megújuló energia- és szénforrások energiahordozóvá, illetve vegyi anyaggá alakításával foglalkozik.
A 3R tapasztalt és elkötelezett vállalkozás a környezetbarát újrahasznosító ipari technológiák fejlesztése, léptéknövelése és piaci bevezetése, valamint a bioanyagok körforgásos gazdaságba integrálása terén. A vállalkozás a projektet a Fejér megyei Kajászó településen valósítja meg. Elsősorban a zéró emissziós pirolízis- és a biotechnológiai eljárások területén felhalmozott tapasztalatait hasznosítja. A kifejlesztett új, a mezőgazdasági-, ipari- és energetikai szektorban hasznosítható eljárást és termékeket a magyar konzorciumi partner (3R) nemzetközi piacra viszi.
India bevonása a lignin-hasznosítási projektbe mind környezetvédelmi, mind üzleti szempontból igen fontos. A kontinens méretű ország trópusi éghajlatán burjánzó növényzet valós alternatív, megújuló nyersanyagforrás, mely kiválthat környezetkárosító fosszilis erőforrásokat. Globálisan érzékelhető környezeti változást eredményezhetne, ha a nagy területű, hatalmas népességű ország át tudna állni a karbonsemleges gazdálkodásra. Az indiai projektpartner vezető kutatója Professor Dhanapati Deka, a TU egyik dékánja, a Bioenergia Laboratórium vezetője. Szakterülete a bioüzemanyagok és a bioenergia rendszerek kutatása, megújuló katalizátorok fejlesztése, biomassza katalitikus átalakítása bioüzemanyaggá és vegyi anyagokká. Az indiai (TU) és a magyar kutatóhely (TTK) egy korábbi TéT projektben már bizonyította, hogy eredményesen tud együttműködni. Jelen projekt a korábbi kutatás-fejlesztési együttműködés folytatása, új tartalommal. A TU technikai ligninből katalitikus depolimerizálással kisebb molekulatömegű fragmentumokat és monomereket állít elő.
Az együttműködésben a TTK a lignin monomerek szelektív heterogén katalitikus átalakításával foglalkozik motorhajtó-anyaggá és/vagy aromás vegyületekké. Vizsgálja a katalizátor jellemzők, a reakció paraméterek és a termék hozamok közötti összefüggést. Célja az összetett reakcióhálók felderítése, a reakciómechanizmus mélyebb megismerése és az átalakulások tudatos irányítása. A lignin kémiában kulcskérdés az analízis. Gáz- és folyadék kromatográfiai, méretkizárásos kromatográfiai és infravörös spektroszkópiai módszereket alkalmaz.
Az ipari partner (3R) a lignin biológiai lebontását valósítja meg gombák jelenlétében innovatív szilárd-fázisú fermentációs eljárással. Foglakozik továbbá a lignin pirolízisével. A pirolízis olajból elektromos energiát (zöld energia) állít elő, a szilárd terméket, a bioszenet a mezőgazdaságban hasznosítja talajjavító komponensként. A vállalkozás a projektben kifejlesztett termék/technológia piacra vitelét a 2031-ig működtetett, európai NUTRIMAN Farmer Platformon is támogatja (www.nutriman.net).
Partnerek eredményeiket rangos nemzetközi folyóiratokban publikálják, hazai és nemzetközi konferenciákon mutatják be.
A projekt hosszú távú stratégiai együttműködést alapoz meg az indiai partnerrel, ami jelentősen erősíti a magyar ipari partner versenyképességét, tudományos-technológiai potenciálját és a tudásalapú innovatív agrárbiotech és újrahasznosító megoldások piaci bevezetését.
3R által az 1. mérföldkőben elért eredmények:
1 db lignin bontó gombatörzs sikeres szelektálása. Hűtő beszerzés megvalósítása a biológiai minták tárolásához. Folyadék és szilárd fermentációs folyamat optimális körülményei (idő, fermentálás módjának kiválasztása, pH, hőmérséklet, keverés, stb.). A fermentáció mikrobiológiai követésére alkalmas módszerek kidolgozása. Hatékony lignin szenesítési eljárás bioszén előállítására nagylaboratóriumi körülmények között.
3R által a 2. mérföldkőben elért eredmények:
A 3R az 1. mérföldkő nagylaboratóriumi kísérletek a lignin hatékony szenesítésére alkalmas bioszén rendszer tervezésének eredményeire alapozottan 2. mérföldkőben léptéknövelt és gazdaságos bioszén rendszert működtet a 250 kg/batch biotechnológiai szilárd fermentáció alkalmazás kiszolgálására. Műszaki-szakmai eredmények: léptéknövelt, gazdaságos, kétlépcsős szilárd- és folyadék-fázisú fermentációs eljárás, melynek elemei: (1) 150 liter/batch kapacitású Trichoderma harzianum gombatörzs specifikus folyadék fermentáció, (2) 250 kg/batch kapacitású bioszén biotechnológiai szilárd fermentáció és (3) 550 0C-ra optimalizált léptéknövelt szalma bioszén előállítás - a 150 l/batch kapacitású folyadék fermentáció optimális körülményei: pH, C- és N-források, hőmérséklet, keverés, levegőellátás, fermentációs idő - ipari léptékben költséghatékony tápanyag-stratégia (paradicsompép, mint élelmiszeripari melléktermék alkalmazása) - szilárd fázisú fermentációban a szilárd hordozó természetes csíraszám csökkentése a bioszén magas hőmérsékletű kezelésével - optimális körülmények (pH, C-, és N-források, hőmérséklet, stb.) a mikroba szaporításához - optimális, megfelelő életképességű szaporítóanyag (inoculum)/ hordozó arány.
3R által a 3. mérföldkőben elért eredmények:
- A sikeresen kifejlesztett, kísérleti üzemi (pilot-plant) fermentáció optimális növekedés meghatározása.
- A fermentáció során lezajló a kinetikai viselkedésről, transzport folyamatokról, valamint a termodinamikai korlátokról ismeret gyűjtése.
- a laboratóriumi és kísérleti üzemi (pilot-plant) fermentáció helyszíni bemutatója a projekt megvalósításának konzorciumi helyszínén a potenciális felhasználók számára-
- A projektben megvalósított eredményekről 3db konferencia előadást tartottunk a potenciális felhasználók részére a Biofarmon.
A harmadik év a hazai és nemzetközi disszemináció éve volt, ahol az elért eredmények és a gyakorlati tapasztalatok hatékonyan kerülnek disszeminációra. Ennek a legfontosabb eleme volt a helyszíni terepi bemutató a Biofarmon mely kombinálódott a szintén Biofarmon megtartott konferencia előadásokkal (3db).
3R által a 4. mérföldkőben elért eredmények:
A 4. munkaszakaszban a méretnövelt kísérleti üzemi pilot-plant fermentáció és a kifejlesztett termékek terepkísérleteit végeztük el valós körülmények között. 500 kg bioszén hordozóhoz kötött mikrobiális készítményt állítottunk elő. Folytattuk a laboratóriumi és méretnövelt kísérleti üzemi fermentáció helyszíni bemutatóját a projekt megvalósításának helyszínén (Kajászó, Biofarm) a potenciális felhasználók számára 2024. február 1. és április 30. között. A megvalósított eredményekről2 db konferencia előadást tartottunk a felhasználók részére. Részletesen áttekintettük az új EU agrárpiaci igények és változó EU jogszabályokat.
A disszemináció további fontos eleme volt a 4. munkaszakaszban az európai NUTRIMAN Farmer Platform (https://nutriman.net/ ) , melyhez aktívan kapcsolódtunk: https://nutriman.net/farmer-platform/technology/id_2110 . A nyílt hozzáférésű NUTRIMAN Farmer Platform adatbázishoz való kapcsolódás elősegíti a TÉT projektben kifejlesztett fermentációs technológia és termék piacra jutását és elősegíti a piaci kapcsolatok hálózati építését. Publikus/piacorientált információkat készítettünk és tettünk közzé a NUTRIMAN Farmer Platform weboldalon a felhasználók részére, mely elősegíti a piaci kapcsolatok hálózati építését és a projekt befejezése utáni üzemi megvalósulást.
