Anaerobe Ketenverlenging 2.0 : Alcoholen uit Afvalwater

Het doel van dit project was om beter inzicht te krijgen in het gedrag van anaerobe ketenverlengingsprocessen aan de hand van signaalstoffen, proces-condities en microbiologie. Hierbij onderzochten we hoe we nieuwe processen kunnen ontwikkelen voor hoogwaardige middellange alcohol vorming in korrelslib bioreactoren.

Anaerobe ketenverlenging: van afvalwater naar hoogwaardige producten

Anaerobe ketenverlenging is een innovatieve vergistingstechnologie die organische afvalwaterstromen kan omzetten in hoogwaardige producten met een hogere economische en maatschappelijke waarde dan biogas. Hoewel biogas een duurzame energiebron is, blijft de marktwaarde en toepassingsbreedte ervan beperkt. Middellange vetzuren, zoals hexaanzuur en octaanzuur, en hoogwaardige alcoholen, zoals hexanol, bieden veelbelovende alternatieven met toepassingen in de energie-, landbouw-, voedingsmiddelen- en chemische industrie.

Innovatieve processen en inzichten voor hexanolproductie

Dit project richtte zich op het ontwikkelen van een nieuw proces voor de productie van hexanol uit afvalwater door een granulerend ketenverlengingsproces met ethanol te onderzoeken. Daarnaast werden in situ meettechnieken ontwikkeld om cruciale procesparameters en microbiële dynamiek realtime te monitoren.

Uit het onderzoek bleek dat CO₂, in combinatie met een gecontroleerde ethanol:acetaatverhouding, sleutelparameters zijn om hexanolvorming binnen anaerobe ketenverlengingsculturen te stimuleren (gepubliceerd). Biofilmvorming werd succesvol ingezet om het proces te versnellen. Ook werden methoden getest om hexanol via in-situ extractie te zuiveren en tegelijkertijd de opbrengst te verhogen, wat resulteerde in een manuscript in voorbereiding. Verder werd een meetmethode ontwikkeld om hexanol in de extractant nauwkeurig te analyseren (eveneens in voorbereiding).

Hoewel pogingen om fermentatieprocessen online te monitoren met Raman-spectroscopie wisselende resultaten opleverden, werd gedeeltelijk succes geboekt bij het granuleren van fermentatieprocessen. Dit onderzoek resulteerde in drie MSc-theses en mogelijk een publicatie.

Van kennis naar toepassing: impact op korte en lange termijn

De resultaten van het project hebben zowel op korte als lange termijn impact voor de sector. Op de korte termijn wordt de verworven kennis ingezet om R&D-activiteiten en operationele processen binnen bedrijven, zoals ChainCraft, te optimaliseren. Specifiek wordt de kennis over het aansturen van open cultuur fermentaties voor alcoholvorming direct toegepast in de huidige fabriek en geïntegreerd in de ontwikkeling van toekomstige fabrieken. Op de lange termijn vormt de opgedane kennis de basis voor nieuwe onderzoeksprojecten, samenwerkingen en technologische innovaties.

De belangrijkste uitkomsten worden vastgelegd in wetenschappelijke manuscripten voor publicatie, waarmee de kennis breed gedeeld wordt. Daarnaast zijn er momenten van kennisoverdracht georganiseerd met eindgebruikers zoals ChainCraft, om de praktische toepasbaarheid te vergroten.

Een onverwachte uitkomst was de beperkte toepasbaarheid van Raman-spectroscopie bij complexe media. Hoewel Raman effectief bleek in eenvoudige synthetische systemen, is aanzienlijke verdere ontwikkeling nodig om deze technologie geschikt te maken voor processen met complexe afvalstromen.

De Raman methode wordt verder gebruikt (voor monitoring en proces controle) en worden doorontwikkeld in het UNLOCK lab van ETE.

Samenwerkingspartners

Het onderzoek is uitgevoerd onder leiding van Associate Prof. David Strik en postdoc Kasper de Leeuw. Zij werden ondersteund door een groep enthousiaste studenten, die hun thesisproject hebben uitgevoerd binnen verschillende focusthema’s:

• Johan en Isa (beide MSc-studenten) richtten zich op het gebruik van Raman-spectroscopie.
• Jari en Ton (beide BSc-studenten) werkten aan alcoholproductie.
• Hiroki (MSc-student) onderzocht eveneens de alcoholproductie.
• Jeffrey, Peter en Emmanouil (MSc-studenten) focusten op granulatie, waarbij Emmanouil ook een bijdrage leverde aan het onderzoek naar Raman-spectroscopie.

Hun bijdragen hebben een belangrijke rol gespeeld in de inzichten en resultaten die binnen dit project zijn bereikt.

Bijdrage aan de Kennis- en Innovatieagenda

Dit onderzoek draagt bij aan meerdere thema’s binnen de Kennis- en Innovatieagenda. Het sluit aan bij de volgende maatschappelijke missies en sleuteltechnologieën:

• Landbouw, water, voedsel:
  • MMIP C1: Klimaatbestendig landelijk gebied, gericht op het voorkomen van wateroverlast en watertekort.
  • MMIP F4: Energie uit water.
  • MMIP S1: Smart Technologies in Agri-Horti-Water-Food.
• Klimaat en energie:
  • MMIP 11: Klimaatneutrale productie van food en non-food.
• Circulaire Economie:
  • MMIP 2: Circulaire grondstofketens en processen.
• Sleuteltechnologieën:
  • Chemical Technologies.
  • Life Science Technologies.

Deze brede bijdrage onderstreept de relevantie van het project voor verschillende maatschappelijke en technologische uitdagingen.