1,721,076 research outputs found
Development, testing and evaluation of the second generation of the small-scale biodiesel production line "BioMax"
No full textFinding suitable and economically viable fuel alternatives, that might help mitigate the effect of global warming, is a field of continuous research. Biodiesel is a fuel derived from lipids from biomass that is renewable. Although biodiesel has desirable qualities as a fuel, the current methods of producing biodiesel still require improvements. NMBU is a university dedicated to the green shift, and as such, an effort is being made to research biofuels.
The project for the first generation of “BioMax” was started in January of 2016 by a team of students at “Eik ideverksted” at NMBU and received 500 000 NOK in funding from “Spare-bankstiftelsen”, the Faculty of Science and Technology (REALTEK) and “Eik Idéverksted”. Developing a functional biodiesel production line has been the subject of several reports and theses at the Faculty of Science and Technology, and this thesis aims to provide a platform for future testing. During the span of this thesis, the second generation of the production line has been built, tested, improved upon and tested again.
“BioMax” is a small-scale biodiesel production line for utilizing heterogeneous catalyst tech-nology. The production capacity of the production line is between 6 and 13 liters of reaction mixture. The production line is controlled by a PLC and a semi-automated program has been developed for controlling the production process. Process parameters such as temperature, reactor flow, reaction time and mixing speed can be varied to enable further research into biodiesel production with heterogeneous catalysts.
A FAME yield of approximately 27% was obtained with a methanol to oil ratio of 6:1 during the preliminary test of the second generation. After this, the production line was improved upon and tested again. The results from the tests has been presented and the function of the production line has been evaluated along with propositions for future development work
Dokumentasjon, testing og evaluering av andre generasjon av det småskala biodiesel produksjonsanlegget «BioMax»
No full textFinding suitable and economically viable fuel alternatives, that might help mitigate the effect of global warming, is a field of continuous research. Biodiesel is a fuel derived from lipids from biomass that is renewable. Although biodiesel has desirable qualities as a fuel, the current methods of producing biodiesel still require improvements. NMBU is a university dedicated to the green shift, and as such, an effort is being made to research biofuels.
The project for the first generation of “BioMax” was started in January of 2016 by a team of students at “Eik ideverksted” at NMBU and received 500 000 NOK in funding from “Spare-bankstiftelsen”, the Faculty of Science and Technology (REALTEK) and “Eik Idéverksted”. Developing a functional biodiesel production line has been the subject of several reports and theses at the Faculty of Science and Technology, and this thesis aims to provide a platform for future testing. During the span of this thesis, the second generation of the production line has been built, tested, improved upon and tested again.
“BioMax” is a small-scale biodiesel production line for utilizing heterogeneous catalyst tech-nology. The production capacity of the production line is between 6 and 13 liters of reaction mixture. The production line is controlled by a PLC and a semi-automated program has been developed for controlling the production process. Process parameters such as temperature, reactor flow, reaction time and mixing speed can be varied to enable further research into biodiesel production with heterogeneous catalysts.
A FAME yield of approximately 27% was obtained with a methanol to oil ratio of 6:1 during the preliminary test of the second generation. After this, the production line was improved upon and tested again. The results from the tests has been presented and the function of the production line has been evaluated along with propositions for future development work.Å finne passende og økonomisk levedyktige drivstoffalternativer som kan bidra til å redusere effekten av global oppvarming, er et kontinuerlig felt for forskning. Biodiesel er et fornybart drivstoff avledet av lipider fra biomasse som er fornybar. Selv om biodiesel har gode egen-skaper som drivstoff har de nåværende metodene for å produsere biodiesel fortsatt behov for forbedringer. NMBU er et universitet dedikert til det grønne skiftet, og som sådan blir det gjort en innsats for å forske på biodrivstoff.
BioMax-prosjektet ble startet i januar 2016 av et team av studenter på "Eik ideverksted" på NMBU og mottok 500 000 kroner i finansiering fra Sparebankstiftelsen, fakultetet for realfag og teknologi (REALTEK) og Eik Idéverksted. Utvikling av et funksjonelt produksjonsanlegg for biodiesel har vært temaet for flere rapporter og avhandlinger på fakultetet for realfag og teknologi, og denne oppgaven vil bidra med en plattform for fremtidig testing. I løpet av denne oppgaven har anlegget blitt bygget, testet, forbedret og testet igjen.
"BioMax", i sin nåværende tilstand, er et lite biodieselproduksjonsanlegg for bruk av heterogen katalysatorteknologi. Produksjonsanlegget har en kapasitet på rundt ti liter biodiesel. Anlegget kontrolleres av en PLS og et delvis automatisert styringsprogram har blitt utviklet for å kontrollere produksjonsprosessen. Prosessparametere som temperatur, reaktorstrøm, reaksjons-tid og blandingshastighet kan varieres for å tilrettelegge for videre forskning innen biodiesel-produksjon med heterogene katalysatorer.
Et biodieselutbytte på omtrent 27% ble oppnådd med et metanol- til oljeforhold på 6:1 under den første testen. Etter dette, ble produksjonsanlegget forbedret og anlegget ble testet igjen. Resultater fra testing av anlegget har blitt presentert og anleggets funksjon har blitt evaluert sammen med forslag til fremtidig utviklingsarbeid.M-MP
Teoretisk oppskalering av en fermenteringsprosess der animalsk fettavfall konverteres til verdifull biomasse
Full text linkThis master thesis describes a process in which by-product from the slaughter industry is used as a raw material in a process where by-product animal fat is converted into a biomass with a high proportion of polyunsaturated fatty acids. This is done by fermentation with the microorganism Mortierella alpinawhich is an oleaginous fungus especially good at producing, among other fatty acids, arachidonic acid which is a high-value fatty acid. The fungus is fed with animal fat, thus converting and accumulating large quantities of intracellular fungal oil. In this task, the process will be scaled up from bench top scale to industrial scale. The process plant is dimensioned from a feedstock of 1000 kg of animal fat processed to a dried cell mass containing healthy oil. Yield from 1000 kg of animal fat is 190 kg of intracellular fungal oil. The task describes the components used in the plant, and mass calculations and energy calculations are used to further dimension the various components. A sonicator is used to make an emulsion of substrate mix and animal fat, and it is chosen to use a concentric airlift bioreactor as a fermentation tank. Furthermore, it is preferred to use a disc centrifuge to separate the remains of the substrate mixture and finally use a rotary dryer to dry the cell mass. The finished product in the processing plant is a dried pellet cell mass of 514.9 kg.I denne masteroppgaven beskrives en prosess hvor biprodukt fra slakteindustrien benyttes som råstoff i en prosess der biproduktet, animalsk fett, skal konverteres til en biomasse med høy andel av flerumettede fettsyrer. Dette gjøres ved hjelp av fermentering med mikroorganismen Mortierella alpina som er en oljeproduserende muggsopp spesielt god på å produsere blant annet arakidonsyre som er en ettertraktet fettsyre. Muggsoppen næres på animalsk fett, og kan dermed konvertere og akkumulere store mengder olje inne i cellen. I oppgaven skal denne prosessen oppskaleres fra laboratorieskala til industriskala. Prosessanlegget dimensjoneres utfra en råstoffmengde på 1000 kg animalsk fett som prosesseres til en tørket cellemasse inneholdende sunn olje. Utbytte fra 1000 kg animalsk fett er 190 kg intracellulær olje fra muggsopp. Oppgaven beskriver komponentene som benyttes i anlegget og det blir gjennomført masseberegninger og energiberegninger som brukes videre til å dimensjonere de ulike komponentene. Sonikator benyttes for å lage en emulsjon av substratblanding og animalsk fett, og det velges å bruke en airlift bioreaktor som fermenteringstank. Videre er det valgt å bruke en tallerken sentrifuge for å sentrifugere bort restene av substratblandingen og til slutt benyttes en roterende tørketrommel for å tørke cellemassen fra sentrifugeringen. Ferdigproduktet i prosessanlegget er en tørket cellemasse på 514,9 kg.M-MP
Vurdering av ytinga til Sparse Multi-Block Partial Least Squares Regression-modellar ved analyse av høy-dimensjonale fenotypiske data
No full textFTIR and Raman spectroscopy, and MALDI-TOF mass spectrometry are emerging
technologies for multidimensional phenotyping of microorganisms. While FTIR and
Raman both represent a full metabolic fingerprint, MALDI spectra mainly represent the
microbe's ribosomal protein composition.
All methods are used for microbial identification, both by the food industry and in the
clinical laboratory, but direct comparison of them by integration into the same statistical
model is lacking in scientific literature. To compare the three methods, we applied a Sparse
MultiBlock PLSR (SMBPLSR) routine capable of analysing all data types simultaneously.
We present results indicating that this SMBPLSR method can be used to establish
connections between the metabolic fingerprint of FTIR and Raman spectra, and ribosomal
protein expression in MALDI-TOF data, and that the method to a large extent enables
identification of samples on the strain level. Furthermore, we show that the SMBPLSR
method can be used to indicate how phenotypic response to varied growth temperature is
ascribed to certain types of biomolecules. Finally, we present results showing that different
types of phenotypic data are treated differently by the SMBPLSR method. Grouping
among variables or samples in FTIR and Raman data is achieved by a different set of latent
variables than in grouping in MALDI data. The sensitivity and wealth of information
obtainable from the SMBPLSR method makes it a viable complement to the already
existing multivariate analysis methods.FTIR- og Raman-spektroskopi, og MALDI-TOF massespektrometri, er alle framvaksande
teknologiar brukt til multidimensjonal fenotyping av mikroorganismar. Medan FTIR or
Raman gjev eit fullt metabolsk fingeravtrykk, er det ribosomal proteinkomposisjon som
kjem til uttrykk i MALDI.
Alle desse metodane brukast for å identifisera mikrober, både i matvareindustrien og i
kliniske laboratorier, men ei direkte statistisk samanlikning av metodane manglar i den
vitskaplege litteraturen. For å bøte på mangelen, brukte me ei Sparsomleg MultiBlokk
PLSR-metode (SMBPLSR) som kunne analysera alle datatypane samstundes.
Me synar fram resultat som indikerer at SMBPLSR-metoden kan nyttast til å etablera
koplingar mellom metabolsk fingeravtrykk i FTIR- og Raman-spektra på den eine sida,
og ribosomalt proteinuttrykk i MALDI-TOF data på den annan. SMBPLSR-metoden
kan i utstrekt grad identifisera prøver på stammenivå. Vidare syner me at SMBPLSR-metoden
kan brukast til å indikera korleis fenotypisk respons på ulike veksttemperaturar
kan tilskrivast spesifikke typar biomolekyl. Til slutt presenterast resultat som syner at dei
ulike slaga fenotypiske data handsamast svært ulikt av SMBPLSR-metoden. Grupperingar
av variablar eller prøver i FTIR- og Raman-data tilskrivast heilt andre latente variablar
enn tilsvarande grupperingar i MALDI-data. Følsemda til og vellet av informasjon som
kan framskaffast frå SMBPLSR-metoden gjer han til eit levedyktig tilskot til allereie
eksisterande multivariate analysemetodar.M-LU
The impact of impaired biosynthesis of menaquinone on biofilm and macrocolony formation in Staphylococcus aureus
Full text linkStaphylococcus aureus (S. aureus) is known to cause biofilm-associated infections in humans. Biofilms are surface associated microbial communities and is characterized as three-dimensional structures with cells embedded in a self-produced extracellular matrix. Due to the protective nature of biofilms, these infections are difficult to eradicate and often become chronic. Biofilms are often resistant or less susceptible to host immune agents or antibiotics, therefore it is of great interest to find alternative treatment methods. In order to find potential treatments, it is important to study the biofilm formation of these bacteria to better understand the underlying regulations and effects that determine how the final biofilm structure and composition is determined. Among other things, respirational processes have been shown to influence the biofilm formation. Specifically, molecules involved in electron transport are therefore critical for biofilm formation and potential targets for anti-biofilm compounds. In this work, we have therefore studied several depletion, deletion and complementation mutants of S. aureus genes involved in synthesis of menaquinone, and important electron carrier during respiration in S. aureus, in order to explore how this affects the biofilm structure and composition.
Initially, we show that biofilm macrocolonies of S. aureus strains harbouring deletions of genes involved in menaquinone synthesis display altered morphological characteristics when grown in aerobic environments. Deletion of ubiE, encoding the last enzyme in the menaquinone biosynthesis pathway, resulted in biofilm macrocolonies with lack of structures (e.g. wrinkling) which was observed for the wild-type grown under the same conditions, as well as reduced biofilm formation on abiotic surfaces. Upon complementation of the ubiE mutant, the wrinkling phenotype was restored. CRISPR interference depletion strains targeting other genes in the menaquinone synthesis did also reveal phenotypic changes in macrocolonies for menA. Interestingly, lack of structuring of the biofilm was also observed for the cell when grown anaerobically, demonstrating that loss of structures most probably was a result of altered metabolism in the mutants. Further analysis of the extracellular matrix (ECM) of the biofilms using FTIR spectroscopy and direct quantification of ECM extracts showed large differences in the chemical composition of the macrocolony ECMs (including differences in quantity and compositions of proteins, eDNA and possibly polysaccharides, both between knockout mutants and wild-type, and between strain grown aerobically and anaerobically). Together, this can tell us that genes that participates in the synthesis of menaquinone have an impact on the final chemical composition of S. aureus biofilms.Staphylococcus aureus (S. aureus) er kjent for å forårsake biofilmassosierte infeksjoner hos mennesker. Biofilmer er overflateassosierte mikrobielle samfunn og er karakterisert som tredimensjonale strukturer med celler innkapslet i en egenproduser ekstracellulær matriks. På grunn av biofilmens beskyttende natur er disse infeksjonene vanskelige å bekjempe og blir ofte kroniske. Biofilm er ofte resistent eller mindre mottakelig for vertens immunsystem eller antibiotika, og det er derfor av stor interesse å finne alternative behandlingsmetoder. For å finne mulige behandlinger er det avgjørende å vite hvordan biofilmdannelsen skjer hos disse bakteriene, og forstå de underliggende regulatoriske effektene som bestemmer hvordan den endelige biofilmstrukturen og sammensetningen er. Blant annet har respiratoriske prosesser vist seg å ha en effekt på biofilmdannelsen. Molekyler involvert i elektrontransporten er derfor kritiske for dannelsen av biofilm og mulige mål for anti-biofilmforbindelser. I dette arbeidet har vi derfor studert flere delesjons-, deplesjons- og komplementerings-mutanter av S. aureus gener involvert i syntesen av menaquinone, en viktig elektronbærer under respirasjonen i S. aureus, for å utforske hvordan dette påvirker biofilm strukturen og sammensetningen.
Innledningsvis viser vi at biofilm makrokolonier av S. aureus stammer som bærer delesjoner av gener involvert i menaquinone syntesen viser endrede morfologiske egenskaper når de dyrkes i aerobe omgivelser. Fjerning av ubiE, som koder for det siste enzymet i biosynteseveien til menaquinone, resulterte i biofilmmakrokolonier med manglende strukturer (eks. rynker) som ble observert for villtypen dyrket under samme forhold, samt redusert biofilmdannelse på abiotiske overflater. Ved komplementering av ubiE-mutanten ble den strukturelle fenotypen gjenopprettet. CRISPR interferens deplesjonsstammer av andre gener i menaquinone syntesen viste også fenotypiske endringer hos makrokolonier for genet menA. Interessant nok, ble det også observert mangel på biofilm strukturering for celler som vokste anaerobt, noe som demonstrerer at tap av strukturer sannsynligvis var et resultat av endret metabolisme i mutantene. Videre analyse av den ekstracellulære matriksen (ECM) til biofilmene ved bruk av FTIR-spektroskopi og direkte kvantifisering av ECM-ekstrakter viste store forskjeller i den kjemiske sammensetningen av ECM fra makrokolonier (inkludert forskjeller i mengde og sammensetning av proteiner, eDNA og antakelig polysakkarider, både mellom delesjonsmutanter og villtype og mellom stammer dyrket aerobt og anaerobt. Samlet kan dette fortelle oss at gener som deltar i syntesen av menaquinone har innvirkning på den endelige kjemiske sammensetningen av S. aureus biofilmer.M-BIOTE
Production of microbial oil from animal fat : process design, mass- and energy balance
Full text linkDet er ikke alt som slaktes på slakteriene som ender opp som matprodukter. Det oppstår også biprodukter, restavfall, som ikke kan utnyttes i matvarehandelen. Restavfallet deles grovt inn i to kategorier; det som ikke kan konsumeres av mennesker, og substanser som er ufarlige for mennesker, både til mat, kosmetikk og farmasi. Denne masteroppgaven dreier seg om den siste kategorien, animalsk fett, kategori 3. Problemstillingen er hvordan omgjøre animalsk fett til verdifulle oljer, på et industrielt anlegg med utgangspunkt i eksperimenter fra laboratoriet. Aktuelle leverandører til prosessenhetene i anlegget er oppgitt i sammendraget.
Utgangspunktet er 1000 kg animalsk fett fra slakteindustrien. Den kan lagres i en dyp-kjegle prosessenhet, med oppvarmingsfunksjon om nødvendig, fra Paul Mueller Company. Det animalske fettet blandes med en vannblanding bestående av 20 000 liter, med 200 kg gjærekstrakt og 212,25 kg mineraler som oppløses i vannet. Dette kan lagres i silo fra samme leverandør som over. I beregningene er det tatt med sterilisering av animalsk fett og sterilisering av vannblanding hver for seg. For det animalske fettet er dette gjort på forhånd fra leverandør, og hvis vannet holder en god, ren standard er det ikke nødvendig å sterilisere dette. Om sterilisering forekommer, bør det benyttes varmeveksler etter sterilisering i tank for å gjenbruke energien derfra. Varmeveksleren kan være av type Aalborg MD avløpskjøler fra Alfa Laval. Uten sterilisering forbruker prosessen 200 MJ mer per prosess.
Når det animalske fettet og vannblandingen er ren, så skal substansene videre til sonikator. Fett og vann er ikke blandbart, de oppløser seg ikke i hverandre. Sonikatoren forbinder vannet med fettet til en løsning, og kan godt være fra Hielscher Ultrasonics, med en kapasitet på 10 kW. Væsken kan sammenlignes med slam, fordi primærslam inneholder omtrent 93-97% vann. I væsken med animalsk fett og vannblanding, også kalt substrat, utgjør vannet 95%, hvorav resten er fettstoffer. Poenget er da at de suspenderte stoffene foreligger som små partikler i vannet på samme måte som det animalske fettet i substratet.
I fermentoren inokuleres substratet med muggsoppen Mortierella alpina. Det kan benyttes en fermentor fra Bioengineering AG. I denne sammenhengen brukes neddykket fermentering og direkte oppgradering. Direkte oppgradering betyr at muggsoppen har enzymer som er i stand til å bryte ned triasylglyserider, som er fettsyrer som forekommer ofte i dyr, til glyserol og fettsyrer, i denne sammenheng, oljesyre, for konsumering av Mortierella alpina. Dette er beskrevet kjemisk i fire reaksjonsligninger, de to første reaksjonsligninger representerer omdannelse til biomasse, dette gjelder 60% av stoffene, men de to siste reaksjonsligningene beskriver stoff som ikke reagerer med muggsoppen, representert som de siste 40% av stoffene.
Ut av fermentoren er det så beregnet at det kommer 273 kg med biomasse og 254 kg med triasylglyserider, uspist substrat, store mengder karbondioksid og nesten 1,7 tonn vann. Biomassen er egentlig muggsoppen. Under fermenteringen konsumerte den 60 % av substratet, og det ble dannet verdifulle oljer inne i muggsoppen.
Til avvanning av vannet benyttes en hulfibermembran. En aktuell hulfibermembran er fra i2m-LLC med filtreringsareal på 4 m2. Denne fjerner vannet og triasylglyseridene, mens muggsoppen blir sittende fast i membranen. Etter membranfiltreringen, som er å fjerne overflødig vann utenfor cellen, går biomassen videre til fjerning av overflødig vann inne i cellen, som er tørking. Det er mulig å få kjøpt tørker fra Earth Care Products Inc, for eksempel, den enveis-roterende tørketrommelen. Etter tørking har biomassen minsket til omtrent 22 kg.
Etter tørking må de verdifulle oljene trekkes ut fra de avdøde cellene ved hjelp av superkritisk CO2- ekstraksjon, dette utstyret kan bestilles fra Scientific and Medical Products Ltd, og da gjenstår det 16,35 kg med olje. Av disse besto nesten 5 kg av flerumettede fettsyrer, PUFA, hvor det kunne utvinnes 2,06 kg av den viktigste fettsyren ARA og bare 70,3 g EPA, som det var minst av. ARA er viktig for nerver, skjelett og immunsystem, mens EPA kan muligens forebygge hjerte- og karsykdommer.Not entirely everything slaughtered at the abattoir, can be obtained as food products. Bi-products, which are not fit to be consumed by humans, are a product of the food trade. The garbage is mainly divided into two categories; the one who should not be consumed by people, and the substances which is not considered a hazard to human health, when it comes to both food, cosmetics and pharmacy. This master thesis is about the last category, animal fat, category 3. The issue is how to make animal fat into valuable oil, on an industrial plant, with laboratory experiments as the foundation for the process. Possible manufacturers for the process units are included in this abstract.
The starting point is 1000 kg animal fat from the slaughterhouse. It can be stored in a deep-bottom cone process unit, with possibilities of heating, if necessary, from Paul Mueller Company. The animal fat is blended with a water solution consisting of 20 000 litres, with 200 kg yeast extract and 212,5 kg minerals which is solvable in water. This can be stored in a silo from the same manufacturer as the previous one. In the calculations, sterilization of the fat and sterilization of the water solution is done separately. When it comes to the animal fat, it has already been sterilized in advance from the manufacturer, and if the water has maintained its healthy, clean standard, it is not necessary to sterilize this. If sterilizing is being used, a heat exchanger should be put in place to reuse the energy from the sterilization. The heat exchanger could be a Aalborg MD drain cooler from Alfa Laval. Without the sterilization the process is consuming 200 MJ more in each process.
When the animal fat and the water solution is clean, then the substances are moving unto the sonicator. Fat and water do not dissolve in each other. The sonicator connects the water to the fat and compounds it into a solution, and that sonicator could be purchased from Hielscher Ultrasonics, with a capacity of 10 kW. This fluid can be compared with sludge, because primary sludge contains of 93-97% water. In the fluid, with animal fat and water solution, also called substrate, the water consists of 95%, of which the rest are fat substances. The point is that the suspended solids are present as small particles in the water, the same way the animal fat is present in the substrate.
In the fermenter the substrate is inoculated with the mould Mortierella alpine. A fermenter from Bioengineering AG can be utilised. In this context submerged fermentation and direct upgrading are applied. Direct upgrading means that enzymes from the mould breaks down the triacylglycerols, which are fatty acids commonly found in animals, unto glycerol and fatty acids. The fatty acids are in this situation, oleic acid, to be consumed by Mortierella alpine. This is described chemically in four chemical equations. The first two of them represents the formation of biomass, and this is the case for 60% of the substances. The two last chemical equations describe substances that do not react with the mould, which constitutes the last 40% of the substances.
From the fermenter it is calculated a biomass of 273 kg, and a mass of 254 kg of triacylglycerols, this is uneaten substrate, large amounts of carbon dioxide and nearly 1,7 tons of water. The biomass is actually the mould. During fermentation it consumed 60% of the substrate, and valuable oils were formed in the mould.
For dewatering a hollow fiber is used. One of the hollow fibers that could be obtained is from i2m-LLC, type Cera-Dur 6 Series, with a filtration area of 4 m2. This membrane removes the water and the triacylglycerols, while the mushroom remains in the membrane. After the membrane filtration, which is taking away redundant water outside of the cell, the drying removes the superfluous water inside of the cell, which is described as drying. It is possible to buy an industrial dryer from Earth Care Products Inc., for example, the single-pass rotary dryer. After drying, the biomass has diminished to about 22 kg.
After drying, the valuable oils must be extracted from the dead cells by the means of supercritical CO2- extraction, and this equipment can be ordered from Scientific and Medical Products Ltd, and then there is 16,35 kg with oil. Out of the 16 kg, nearly 5 kg consisted of polyunsaturad fatty acids, PUFA, with the possibility of extracting 2,06 kg of the important fatty acid ARA, while EPA, only consisting of 70,3 g, was the least present of all the PUFA. ARA is important to the nerves, the skeleton and the immune system, while EPA is likely to prevent cardiovascular disease.M-MP
Alkaline fuel cell system fed with hydrogen derived from ammonia, for electric power and heat generation during the winter season in Longyearbyen
No full textAs of today, electricity and district heating in Longyearbyen are exclusively based on fossil fuels. It serves as a paradox, that the Norwegian settlement experiencing the impact of climate change the most, has the largest carbon footprint per capita. The coal-fired power plant of Longyear Energiverk provides a large share of the energy produced for Longyearbyen, causing 65000 tonnes worth of CO2-emissions every year. A state analysis performed by OEC Consulting, concludes that the life span of the power plant extends to 2038. With the decommissioning of the power plant coming up, it calls for the opportunity of converting the energy supply with the largest carbon footprint in Norway to being based on renewable energy.
This thesis came to be when I was put in contact with Advisor of Energy Conversion at Longyearbyen Community Council, Rasmus Bøckman, through co-supervisor Petter H. Heyerdahl. Bøckman filled me in with the problem in hand, presented a concept system based on renewables and proposed that I could look into how various technologies for electrolyzers and fuel cells would affect the system and its interaction with the district heating
Evaluering av en kombinert produksjon av bioplast og biogass fra slam sammenlignet med tradisjonell biogassproduksjon
No full textSlam er et uunngåelig biprodukt fra avløpsrenseanlegg og i 2008 ble det generert nesten 10 millioner tonn tørrstoff slam i EU. Behandling og deponering av slam kan utgjøre opp til 60 % av de totale kostnadene ved et avløpsrenseanlegg. Optimalisering av utnyttelse av slam er derfor av stor interesse.
Slam har potensiale til å bli brukt som en fornybar ressurs til å produsere blant annet biogass og i 2008 ble det årlige potensialet for biogassproduksjon i Europa anslått til å være i overkant av 200 milliarder m3. Biogass er en energiholdig gass bestående av hovedsakelig metan og karbondioksid og energien som produseres vil være CO2-nøytral, i motsetning til ikke-fornybare energikilder som for eksempel olje, naturgass eller kull. Produksjon av biogass kan fremdeles ikke utnytte hele potensialet av slam som råmaterial, og det behøves derfor nye, innovative prosesser for utnyttelse av slam ved produksjon av høyverdige produkter.
I 2012 var den globale produksjonen av plast på 288 millioner tonn, og per innbygger i Vest-Europa var forbruket av plast på ca. 100 kg i året. Det er et velkjent problem med akkumulering av plastavfall i naturen, og det er estimert at det flyter rundt ca. 17 760 plastbiter per km2 i havet.
Dette plastavfallet kommer nesten utelukkende fra petroleum, det er veldig resistent mot naturlig, biologisk nedbrytning og kan være direkte skadelig for økosystemet og det akvatiske liv.
Biologisk nedbrytbare plastprodukter kan degraderes til vann, karbondioksid og biomasse, og blant disse har polyhydroksyalkanater (PHA) tiltrukket seg mye oppmerksomhet. PHA produseres hovedsakelig av mikroorganismer og innehar materielle egenskaper som ligner syntetiske termoplaster og elastomere som brukes i dag. PHA har blitt ansett som en miljøvennlig og biokompatibel plast med lovende applikasjoner innen medisin, farmasi og industri. I løpet av de tre siste tiårene har PHA også vekket industriell interesse fordi denne bioplasten kan syntetiseres fra fornybare karbonkilder, basert på landbruksavfall, industrielt avfall eller slam.
Denne masteroppgaven foretar en vurdering av om produksjon av biogass fra slam kan gjøres mer gunstig ved å inkludere et trinn for produksjon av bioplast. Oppgaven presenterer to alternativer; (1) en kombinert prosess for produksjon av bioplast og biogass, og (2) en referanseprosess hvor det kun produseres biogass. Massebalanser har blitt utført for å undersøke utbyttet av bioplast og biogass i den kombinerte prosessen, og resultatene har blitt sammenlignet med referanseprosessen. Et forenklet estimat for energiforbruket i prosessene har også blitt beregnet ved hjelp av energibalanser for de mest energikrevende komponentene i prosessanleggene. Energiforbruket har deretter blitt sammenlignet med energipotensialet i biogassen som produseres.
Resultatene fra massebalansene viser at det teoretisk sett er mulig å oppnå 118 g bioplast og 0,30 m3 ren metangass per kg tørrstoff slam som benyttes i den kombinerte prosessen. For referanseprosessen kan det oppnås 0,48 m3 ren metangass per kg tørrstoff slam. Begge prosessanleggene oppnår en biogass med 53 % metangass, og ved å oppgradere biogassen til biometan, med 97 % metaninnhold, kan gassen selges videre som energikilde.
Det har blitt foretatt et forenklet energiregnskap og energiforbruket er på 1954 kWh for den kombinerte prosessen og 2396 kWh for referanseprosessen, mens energiinnholdet i biometan som kan benyttes er 2108 kWh for den kombinerte prosessen og 3364 kWh for referanseprosessen.
For en helhetlig økonomisk vurdering rundt det kombinerte prosessanlegget bør det beregnes utfyllende energibalanser, samt investeringskostnader for utstyr og kostnader ved behandling og deponering av bioresten som dannes. Ut fra den forenklede økonomiske vurderingen som er gjort i denne masteroppgaven fremstår det likevel som gunstig å vurdere en utvidet biogassproduksjon hvor det inkluderes produksjon av bioplast
Evaluation of a combined production of bioplastics and biogas from sludge compared with traditional biogas production
Full text linkSlam er et uunngåelig biprodukt fra avløpsrenseanlegg og i 2008 ble det generert nesten 10 millioner tonn tørrstoff slam i EU. Behandling og deponering av slam kan utgjøre opp til 60 % av de totale kostnadene ved et avløpsrenseanlegg. Optimalisering av utnyttelse av slam er derfor av stor interesse.
Slam har potensiale til å bli brukt som en fornybar ressurs til å produsere blant annet biogass og i 2008 ble det årlige potensialet for biogassproduksjon i Europa anslått til å være i overkant av 200 milliarder m3. Biogass er en energiholdig gass bestående av hovedsakelig metan og karbondioksid og energien som produseres vil være CO2-nøytral, i motsetning til ikke-fornybare energikilder som for eksempel olje, naturgass eller kull. Produksjon av biogass kan fremdeles ikke utnytte hele potensialet av slam som råmaterial, og det behøves derfor nye, innovative prosesser for utnyttelse av slam ved produksjon av høyverdige produkter.
I 2012 var den globale produksjonen av plast på 288 millioner tonn, og per innbygger i Vest-Europa var forbruket av plast på ca. 100 kg i året. Det er et velkjent problem med akkumulering av plastavfall i naturen, og det er estimert at det flyter rundt ca. 17 760 plastbiter per km2 i havet.
Dette plastavfallet kommer nesten utelukkende fra petroleum, det er veldig resistent mot naturlig, biologisk nedbrytning og kan være direkte skadelig for økosystemet og det akvatiske liv.
Biologisk nedbrytbare plastprodukter kan degraderes til vann, karbondioksid og biomasse, og blant disse har polyhydroksyalkanater (PHA) tiltrukket seg mye oppmerksomhet. PHA produseres hovedsakelig av mikroorganismer og innehar materielle egenskaper som ligner syntetiske termoplaster og elastomere som brukes i dag. PHA har blitt ansett som en miljøvennlig og biokompatibel plast med lovende applikasjoner innen medisin, farmasi og industri. I løpet av de tre siste tiårene har PHA også vekket industriell interesse fordi denne bioplasten kan syntetiseres fra fornybare karbonkilder, basert på landbruksavfall, industrielt avfall eller slam.
Denne masteroppgaven foretar en vurdering av om produksjon av biogass fra slam kan gjøres mer gunstig ved å inkludere et trinn for produksjon av bioplast. Oppgaven presenterer to alternativer; (1) en kombinert prosess for produksjon av bioplast og biogass, og (2) en referanseprosess hvor det kun produseres biogass. Massebalanser har blitt utført for å undersøke utbyttet av bioplast og biogass i den kombinerte prosessen, og resultatene har blitt sammenlignet med referanseprosessen. Et forenklet estimat for energiforbruket i prosessene har også blitt beregnet ved hjelp av energibalanser for de mest energikrevende komponentene i prosessanleggene. Energiforbruket har deretter blitt sammenlignet med energipotensialet i biogassen som produseres.
Resultatene fra massebalansene viser at det teoretisk sett er mulig å oppnå 118 g bioplast og 0,30 m3 ren metangass per kg tørrstoff slam som benyttes i den kombinerte prosessen. For referanseprosessen kan det oppnås 0,48 m3 ren metangass per kg tørrstoff slam. Begge prosessanleggene oppnår en biogass med 53 % metangass, og ved å oppgradere biogassen til biometan, med 97 % metaninnhold, kan gassen selges videre som energikilde.
Det har blitt foretatt et forenklet energiregnskap og energiforbruket er på 1954 kWh for den kombinerte prosessen og 2396 kWh for referanseprosessen, mens energiinnholdet i biometan som kan benyttes er 2108 kWh for den kombinerte prosessen og 3364 kWh for referanseprosessen.
For en helhetlig økonomisk vurdering rundt det kombinerte prosessanlegget bør det beregnes utfyllende energibalanser, samt investeringskostnader for utstyr og kostnader ved behandling og deponering av bioresten som dannes. Ut fra den forenklede økonomiske vurderingen som er gjort i denne masteroppgaven fremstår det likevel som gunstig å vurdere en utvidet biogassproduksjon hvor det inkluderes produksjon av bioplast.Sludge is an unavoidable by-product of wastewater treatment. In 2008, almost 10 million tons of dry solids of sludge was generated in the EU. The treatment and disposal of sludge may constitute up to 60% of the total cost of a wastewater treatment plant. Optimization of the utilization of sludge is therefore of great interest.
Sludge has a potential to be used as a renewable resource from which it is possible to produce for example biogas. In 2008, the annual potential for biogas production in Europe were estimated being more than 200 billion m3. Biogas is an energy-containing gas consisting mostly of methane and carbon dioxide. The energy produced from the biogas will be CO2 neutral, as opposed to nonrenewable energy sources such as oil, natural gas or coal. The production of biogas from sludge
still does not utilize the whole potential of the sludge as a raw material. Thus, new innovative processes of sludge utilization for production of high-value products are needed.
In 2012, the global production of plastics were 288 million tons, and per capita in Western Europe consumption of plastics is about 100 kg a year. It is a well-known problem with the accumulation of plastic waste in nature, and it is estimated that there are 17,760 pieces of plastic per km2 in the ocean. This plastic waste comes almost exclusively from petroleum, it is very resistant to natural biodegradation and can be directly harmful to the ecosystem and aquatic life.
Biodegradable plastics can be degraded into water, carbon dioxide and biomass, and among these plastics Polyhydroxyalkanoates (PHAs) has attracted much attention. PHAs are mainly produced by microorganisms and possess material properties similar of synthetic thermoplastics and elastomers that are used today. PHA has been regarded as an environmentally friendly and biocompatible plastic with promising applications in the field of medicine, pharmacy and industry.
Over the last three decades, PHA has awakened industrial interest as well, because of the possibilities of being synthesized from renewable carbon sources such as agricultural waste, industrial waste or municipal sludge. This master thesis evaluates the possibility of making the production of biogas from sludge more beneficial by including a step for production of bioplastics. The thesis presents two options; (1) a combined process for the production of bioplastics and biogas and (2) a reference process in which only biogas is produced. Mass balances have been carried out to examine the yield of bioplastics and biogas in the combined process and the results have been compared with the reference process.
A simplified estimate of energy consumption in the processes have also been calculated using energy balances for the most energy-intensive components of the processing plants. The energy consumption has then been compared to the energy potential of the biogas produced.
The results from the mass balances shows that it is theoretically possible to achieve 118 g bioplastics and 0.30 m3 pure methane gas per kg of dry solids of sludge in the combined process. For the reference process it is possible to obtain 0.48 m3 methane per kg of dry solids of sludge. Both plants are achieving a biogas with 53% methane, and by upgrading this biogas to bio methane, with 97% methane content, the gas can be sold as an energy source.
Simplified energy balances have been carried out and the energy consumption is 1954 kWh for the combined process and 2396 kWh for the reference process. The energy content of bio-methane is 2108 kWh for the combined process and 3364 kWh for the reference process.
To achieve a comprehensive economic assessment of the combined process, complementary energy balances, as well as investment costs for equipment and costs of treatment and disposal of digestate should be calculated. From the simplistic economic assessment made in this thesis the conclusion is that it is beneficial to consider an enhanced biogas production where the production of bioplastics is included.M-MP
Alkalisk brenselcellesystem drevet av hydrogen lagret i ammoniakk, for produksjon av elektrisk energi og varme under vinterhalvåret i Longyearbyen
Full text linkAs of today, electricity and district heating in Longyearbyen are exclusively based on fossil fuels. It serves as a paradox, that the Norwegian settlement experiencing the impact of climate change the most, has the largest carbon footprint per capita. The coal-fired power plant of Longyear Energiverk provides a large share of the energy produced for Longyearbyen, causing 65000 tonnes worth of CO2-emissions every year. A state analysis performed by OEC Consulting, concludes that the life span of the power plant extends to 2038. With the decommissioning of the power plant coming up, it calls for the opportunity of converting the energy supply with the largest carbon footprint in Norway to being based on renewable energy.
This thesis came to be when I was put in contact with Advisor of Energy Conversion at Longyearbyen Community Council, Rasmus Bøckman, through co-supervisor Petter H. Heyerdahl. Bøckman filled me in with the problem in hand, presented a concept system based on renewables and proposed that I could look into how various technologies for electrolyzers and fuel cells would affect the system and its interaction with the district heating.Per dags dato er elektrisitet- og fjernvarmeproduksjon i Longyearbyen utelukkende driftet på fossile kilder. Det er et paradoks at den bosettingen i Norge som føler klimaendringene tettest på kroppen, har det største klimaavtrykket pr. Innbygger. Hovedvekten av energiproduksjon til Longyearbyen stammer fra kullkraftverket i Longyear Energiverk, som alene produserer 65000 tonn CO2 årlig. En tilstandsanalyse utført av OEC Consulting, konkluderer med at kullkraftverket har estimert levetid til 2038. Denne situasjonen gir muligheten for at den energiforsyningen som i dag har Norges største kilimaavtrykk, kan konverteres til å være basert på fornybar energi.
Denne oppgaven ble til ved at jeg, gjennom bi-veileder Petter H. Heyerdahl, kom i kontakt med Rasmus Bøckman, som er rådgiver for energiomstilling ved Longyearbyen lokalstyre. Bøckmann forklarte problemstillingen, presenterte en konseptskisse for et fornybart energisystem, og ønsket at jeg skulle se nærmere på hvordan ulike elektrolysør- og brenselscelleteknologier vil påvirke systemet og samspillet med fjernvarmeanlegget.M-MP
- …
