INNO INDIGO: Conversion of lignocellulosic wastes into biofuels and bioplastics

Fossilt brensel har vært og forventes å være den viktigste energiformen som driver samfunnet vårt. Imidlertid ble mange klimagasser, som CO2, produsert i energiomdannelsesprosessen, noe som har gjort miljøspørsmålene til et tema som har oppstått. Derfor er det kritisk å bytte ut fossilt brensel for å forhindre CO2 -utslipp og forbedre klimaendringene. Bioprodukter, de kjemiske produktene som stammer fra biomasse, har blitt et lovende alternativ som vokser frem og har stort potensial til å være alternativet til petrokjemiske produkter. Blant dem tiltrekker melkesyre betydelig fokus fra både akademia og industri på grunn av sin brede anvendelse i vårt daglige liv, spesielt som forløperne til biologisk nedbrytbar plast. I denne studien produseres melkesyre fra kjemokatalytisk omdannelse av lignocellulosisk biomasse-avledet glukose på den homogene ErCl3-katalysatoren i en vandig løsning. Ved prosessoptimalisering oppnås en fullt selektiv glukoseomdannelse av glukose til eddiksyre, levulinsyre og melkesyre, med det høyeste melkesyreutbyttet på 97% på den homogene katalysatoren ved 260 ° C. Videre ble den teknoøkonomiske analysen (TEA) utnyttet for konseptutformingen av melkesyrebioraffinaderier. Studien viser at salgsprisen for melkesyre, prisen på glukosemateriale og katalysatorprisen og resirkulerbarhet er den mest følsomme parameteren for den samlede prosessfordelen. Derfor fremhever dette arbeidet den svært gjennomførbare og fordelaktige prosessen ved melkesyre bioraffinaderiets industrielle prosess.

The key outcome of the project is an experimental demonstration and a conceptual design of the catalytic process for the conversion of glucose to nearly 100% organic acids with a high lactic acid yield up to 97%. It represents a highly selective process of lignocellulosic biomass to bio-chemicals. The process is highly beneficial at the current market prices and has a high potential for industrial implementation. All the partners and participants in the project have gained the necessary skills on the chemo-catalytic converting glucose to value-added chemical (herein, mainly lactic acid), the batch reactors, and the HPLC for product analysis, etc. One master (Petter Tingelstad) student and two postdocs (Dr. Zhenping Cai, and Dr. Hongfei Ma) have been involved in this project. All of them have been trained and educated the related knowledge and experimental skills in chemical engineering, those skills are important for their future career.

Plastic pollution involves the accumulation of plastic products in the environment partly because of their non¬biodegradability. The existing means for their disposal can be harmful to humans and the environment. It has led to extensive research efforts directed at the discovery of polymeric biodegradable materials in plastics applications. One of the promising polymers used in these applications is an aliphatic polyester derived from lactic acid. The main focus in this project will be to develop a catalytic process to convert lignocellulosic biomass wasters to lactic acid and hydroxyl acetone as the monomer of biodegradable plastics polylactic acid (PLA) and polyhydroxyalkanoates (PHA). Lignocellulosic wastes will be evaluated to be of relevance for all partners in Norway, Spain and India. The efficient catalysts will be developed with an aim of high yield of the targeted products, through a better understanding of the reaction mechanism as a function of catalysts. The outcome of this project has important and far­reaching implications towards ensuring a clean environment.