Transcript Enzymatisk nedbrytning av biomasse Svein Jarle horn Det nye bioenergibildet, 10.10.2013 The Future Role Of Biomass Energy In Norway - An Interdisciplinary Technological,

Enzymatisk nedbrytning av biomasse
Svein Jarle horn
Det nye bioenergibildet, 10.10.2013
The Future Role Of Biomass Energy In Norway - An Interdisciplinary Technological, Economical And Environmental Research Program
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
UMB-IKBM: Bioprosessering
Bruk av enzymer og mikroorganismer for å lage produkter
Biomasse
Oppmaling
Forbehandling
Fraksjonering
Behandlet biomasse
Anaerob nedbrytning
med mikroorganismer
Enzymatisk
sakkarifisering
Biogass
Sukker
Fermentering
Produktløsning
Oppkonsentrering
Rensing
Produkter (biodrivstoff, kjemikalier)
www.umb.no
2
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
Lignocellulose - sammensetning
15-20 %
40-50 %
3
www.umb.no
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Enzymer
-Enzymer er proteiner med katalytisk aktivitet
-Øker hastigheten på kjemiske reaksjoner
-For å bryte ned lignocellulose trengs en cocktail av enzymer
www.umb.no
4
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
Enzymatisk nedbrytning av DE poppel
pH=5.0
T= 50 C
5
www.umb.no
Biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
Forbehandling: dampeksplosjon
Damp
Eksplosjon
6
www.umb.no
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
DE av halm
-Kortere fiber
-Mer klebrige
-Mørkere farge
Intensitet
190 °C
10 min
200 °C
www.umb.no
210 °C
220 °C
7
25
20
A
Sukkerutbytte
15
0h
4h
10
24 h
5
230-15
230-10
230-5
220-15
220-10
220-5
210-15
210-10
210-5
200-10
190-10
180-10
0
170-10
Gluosec [g/l]
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Effekt av forbehandlingsbetingelser på sakkarifisering
Inhibitorer
www.umb.no
8
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Råstoffer screenet (DE + enzymer)
-Halm
-Bagasse
-Pil
-Bjørk
-Gran
Generelt:
-Gran/furu er vanskelig å bryte effektivt ned til sukker
-Strå og løvtrær: utbytte på 80-90 % fra cellulose (50 g/L)
-Fremover: øke konsentrasjonen,
tilpasse enzym-mix til substrat
www.umb.no
9
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Enzymteknologi –grunnleggende forskning
Bioprospektering
Grunnleggende enzymologi
Enzymutvikling
www.umb.no
10
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Et nytt paradigme for nedbrytning av
krystallinske polysakkarider
Science, oktober 2010, Vol 330, side 219-222
www.umb.no
11
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Kommersielle enzym-blandinger
-inneholder nå oksidative enzymer
www.umb.no
12
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
13
www.umb.no
ICS3000
HPAEC
Agilent UHPLC
U3000
HPLC
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
Avansert analyselab
Enzymatisk nedbrytning av biomasse
NORWEGIAN UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES
Publikasjoner
Anvendt
Horn, S. J., & Eijsink, V. G. (2010). Enzymatic hydrolysis of steam-exploded hardwood using short processing
times. Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 74(6), 1157-1163.
Horn, S. J., Nguyen, Q. D., Westereng, B., Nilsen, P. J., & Eijsink, V. G. (2011). Screening of steam explosion
conditions for glucose production from non-impregnated wheat straw. Biomass and Bioenergy, 35(12), 48794886.
Horn, S. J., Estevez, M. M., Nielsen, H. K., Linjordet, R., & Eijsink, V. G. (2011). Biogas production and
saccharification of Salix pretreated at different steam explosion conditions. Bioresource technology, 102(17),
7932-7936.
Vivekanand, V., Olsen, E. F., Eijsink, V. G., & Horn, S. J. (2012). Effect of different steam explosion conditions
on methane potential and enzymatic saccharification of birch. Bioresource technology, 127, 343-349.
Grunnforskning
Vaaje-Kolstad, G., Westereng, B., Horn, S. J., Liu, Z., Zhai, H., Sørlie, M., & Eijsink, V. G. (2010). An oxidative
enzyme boosting the enzymatic conversion of recalcitrant polysaccharides. Science, 330(6001), 219-222.
Westereng, B., Ishida, T., Vaaje-Kolstad, G., Wu, M., Eijsink, V. G., Igarashi, K., ... & Sandgren, M. (2011). The
putative endoglucanase PcGH61D from Phanerochaete chrysosporium is a metal-dependent oxidative
enzyme that cleaves cellulose. PLoS One, 6(11), e27807.
Aachmann, F. L., Sørlie, M., Skjåk-Bræk, G., Eijsink, V. G., & Vaaje-Kolstad, G. (2012). NMR structure of a
lytic polysaccharide monooxygenase provides insight into copper binding, protein dynamics, and substrate
interactions.Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(46), 18779-18784.
Payne, C. M., Baban, J., Horn, S. J., Backe, P. H., Arvai, A. S., Dalhus, B., ... & Vaaje-Kolstad, G. (2012).
Hallmarks of processivity in glycoside hydrolases from crystallographic and computational studies of the
Serratia marcescens chitinases. Journal of Biological Chemistry, 287(43), 36322-36330.
Horn, S. J., Vaaje-Kolstad, G., Westereng, B., & Eijsink, V. G. (2012). Novel enzymes for the degradation of
cellulose. Biotechnology for Biofuels, 5(1), 1-13.
Vaaje‐Kolstad, G., Horn, S. J., Sørlie, M., & Eijsink, V. G. (2013). The chitinolytic machinery of Serratia
marcescens–a model system for enzymatic degradation of recalcitrant polysaccharides. FEBS Journal, 280
(13), 3028-3049.
www.umb.no
14