Full Text Available
Note: Clicking the button above will open the full text document at the original institutional repository in a new window.
Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die ontwikkeling van ekonomies en omgewings voordelige bio-etanolprosesse word voortdurend meer belangrik vir energiesekuriteit en omgewingslaste soos groenhuisgas emissies van die vervoerindustrie. Bio-etanol is bewys om ’n skoon, alternatiewe brandstof vir voertuig en lugva...
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Thesis |
| Language: | en_ZA |
| Published: |
Stellenbosch : Stellenbosch University
2021
|
| Subjects: | |
| Tags: |
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| _version_ | 1867613736896823296 |
|---|---|
| access_status_str | Open Access |
| author | Moonsamy, Talia Anne |
| author2 | Gorgens, Johann F. |
| author_browse | Gorgens, Johann F. Moonsamy, Talia Anne |
| author_facet | Gorgens, Johann F. Moonsamy, Talia Anne |
| author_sort | Moonsamy, Talia Anne |
| collection | Thesis |
| dc_rights_str_mv | Stellenbosch University |
| description | AFRIKAANSE OPSOMMING: Die ontwikkeling van ekonomies en omgewings voordelige bio-etanolprosesse word voortdurend
meer belangrik vir energiesekuriteit en omgewingslaste soos groenhuisgas emissies van die
vervoerindustrie. Bio-etanol is bewys om ’n skoon, alternatiewe brandstof vir voertuig en lugvaart te
wees, met ’n laer omgewingsimpak en is al gebruik in die produksie van bioplastiek en groen
chemikalieë.
Suikerriet is gesien as ’n belangrike gewas vir bio-etanolproduksie. Deur suikermeule se by-produkte
te prosesseer laat dit suikerrietindustrië toe om te diversifiseer en by-produkte wat ondoeltreffend
gebruik word, soos molasse (eerste generasie) en suikerrietbagasse, blare en toppe (tweede
generasie), te omskep in waardevolle produkte, met etanol as ’n voorloper kandidaat.
Een van die oplossings om etanolproduksie uit suikerriet te verbeter en moontlik etanol se
verkoopsprys te verminder, is om eerste- en tweede-generasie prosesse te kombineer om hoër
etanolopbrengste te verkry en fermentasieprosesse te verbeter. Studies op die eerste, tweede en
geïntegreerde eerste- en tweede-generasie etanolproduksiescenario’s uit suikerriet is uitgevoer, maar
uitvoerbaarheidsdata gebaseer op geïntegreerde prosesse uit molasse (1G) en suikerrietbagasse en
afval (2G), sowel as geannekseer aan bestaande suikermeulstrategieë, is steeds onbeskikbaar.
Die doel van hierdie projek is om die ekonomiese uitvoerbaarheid van verskeie geïntegreerde 1G2G-
etanolprosesse geannekseer aan ’n tipies Suid-Afrikaanse suikermeule te vergelyk. Daarom is twee
1G-, een 2G- en sewe geïntegreerde 1G2G-scenario’s ontwikkel, gebaseer op die verskillende tipes
voermateriaal, konfigurasies en opstelle. Simulasies is ontwikkel en tegno-ekonomiese evaluasies,
maatstawwe van die 1G- en 2G-ekonomieë en sensitiwiteitsanalises is uitgevoer op elk van die
ontwikkelde scenario’s.
Die resultate in hierdie studie wys dat 1G-etanol uit A- en C-molasse dieselfde minimum
etanolverkoopsprys (MESP) van $0.5 per liter verkry het, wat geen ekonomieë van skaal voordele toon
met die verskil in voermateriaal nie. Die integrasie van 1G- en 2G-suikers vir etanolproduksie het
ekonomiese voordele gewys wanneer dit met 2G-etanolproduksie alleenlik vergelyk word, wat ’n
MESP van $1.44 bereik het. Gebaseer op maatstawwe van die 1G- en 2G-scenario’s met industriële
data, is dit gevind dat vergelykbare beleggingskostes verkry is vir die ontwikkelde 2G-scenario en ’n
2G-Brasiliaanse fasiliteit. Die 1G2G-scenario het die mees gunstige MESP van $0.97 per liter
geproduseer, en was een wat die aanvulling van die hele voorbehandelde flodder (2G) met molasse
(1G) vir ko-fermentansie van suikers by SHcF behels het. Die seleksie van fermenterende mikro-
organismes en hul vermoë om te funksioneer by voldoende hoë substraatkonsentrasies sonder
inhibering of glukose-onderdrukking en binne kort fermentasietye, sowel as faktore soos ekonomieë van skaal, die omvang van suikergebruik en die keuse van proseskonfigurasie, was die hoofdrywers
van ekonomiese doeltreffendheid. Faktore soos die teenwoordigheid van inhiberende by-produkte,
naamlik asynsuur, sowel as fermentasie-opbrengste is nie gevind om beduidende effekte op die
ekonomiese doeltreffendheid van die verskeie 1G2G-scenario’s te gehad het nie. Rondom
116.5 miljoen liter etanol is geproduseer vir hierdie scenario uit die beskikbare molasse en
lignosellulose, en totale kapitale belegging van $290 miljoen is beraam. |
| format | Thesis |
| id | oai:scholar.sun.ac.za:10019.1/110519 |
| institution | Stellenbosch University (South Africa) |
| language | en_ZA |
| last_indexed | 2026-06-10T12:40:53.839Z |
| license_str | Other — see source repository |
| provenance_str_mv | Harvested via OAI-PMH from SUNScholar — Stellenbosch University Repository |
| publishDate | 2021 |
| publishDateRange | 2021 |
| publishDateSort | 2021 |
| publisher | Stellenbosch : Stellenbosch University |
| publisherStr | Stellenbosch : Stellenbosch University |
| record_format | dspace |
| source_str | SUNScholar — Stellenbosch University Repository |
| spelling | oai:scholar.sun.ac.za:10019.1/110519 Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production Moonsamy, Talia Anne Gorgens, Johann F. Mandegari, Mohsen Stellenbosch University. Faculty of Engineering. Dept. of Process Engineering. Techno-economic analysis UCTD Sugarcane products Bagasse Molasses Bio-energy (Biomass energy) AFRIKAANSE OPSOMMING: Die ontwikkeling van ekonomies en omgewings voordelige bio-etanolprosesse word voortdurend meer belangrik vir energiesekuriteit en omgewingslaste soos groenhuisgas emissies van die vervoerindustrie. Bio-etanol is bewys om ’n skoon, alternatiewe brandstof vir voertuig en lugvaart te wees, met ’n laer omgewingsimpak en is al gebruik in die produksie van bioplastiek en groen chemikalieë. Suikerriet is gesien as ’n belangrike gewas vir bio-etanolproduksie. Deur suikermeule se by-produkte te prosesseer laat dit suikerrietindustrië toe om te diversifiseer en by-produkte wat ondoeltreffend gebruik word, soos molasse (eerste generasie) en suikerrietbagasse, blare en toppe (tweede generasie), te omskep in waardevolle produkte, met etanol as ’n voorloper kandidaat. Een van die oplossings om etanolproduksie uit suikerriet te verbeter en moontlik etanol se verkoopsprys te verminder, is om eerste- en tweede-generasie prosesse te kombineer om hoër etanolopbrengste te verkry en fermentasieprosesse te verbeter. Studies op die eerste, tweede en geïntegreerde eerste- en tweede-generasie etanolproduksiescenario’s uit suikerriet is uitgevoer, maar uitvoerbaarheidsdata gebaseer op geïntegreerde prosesse uit molasse (1G) en suikerrietbagasse en afval (2G), sowel as geannekseer aan bestaande suikermeulstrategieë, is steeds onbeskikbaar. Die doel van hierdie projek is om die ekonomiese uitvoerbaarheid van verskeie geïntegreerde 1G2G- etanolprosesse geannekseer aan ’n tipies Suid-Afrikaanse suikermeule te vergelyk. Daarom is twee 1G-, een 2G- en sewe geïntegreerde 1G2G-scenario’s ontwikkel, gebaseer op die verskillende tipes voermateriaal, konfigurasies en opstelle. Simulasies is ontwikkel en tegno-ekonomiese evaluasies, maatstawwe van die 1G- en 2G-ekonomieë en sensitiwiteitsanalises is uitgevoer op elk van die ontwikkelde scenario’s. Die resultate in hierdie studie wys dat 1G-etanol uit A- en C-molasse dieselfde minimum etanolverkoopsprys (MESP) van $0.5 per liter verkry het, wat geen ekonomieë van skaal voordele toon met die verskil in voermateriaal nie. Die integrasie van 1G- en 2G-suikers vir etanolproduksie het ekonomiese voordele gewys wanneer dit met 2G-etanolproduksie alleenlik vergelyk word, wat ’n MESP van $1.44 bereik het. Gebaseer op maatstawwe van die 1G- en 2G-scenario’s met industriële data, is dit gevind dat vergelykbare beleggingskostes verkry is vir die ontwikkelde 2G-scenario en ’n 2G-Brasiliaanse fasiliteit. Die 1G2G-scenario het die mees gunstige MESP van $0.97 per liter geproduseer, en was een wat die aanvulling van die hele voorbehandelde flodder (2G) met molasse (1G) vir ko-fermentansie van suikers by SHcF behels het. Die seleksie van fermenterende mikro- organismes en hul vermoë om te funksioneer by voldoende hoë substraatkonsentrasies sonder inhibering of glukose-onderdrukking en binne kort fermentasietye, sowel as faktore soos ekonomieë van skaal, die omvang van suikergebruik en die keuse van proseskonfigurasie, was die hoofdrywers van ekonomiese doeltreffendheid. Faktore soos die teenwoordigheid van inhiberende by-produkte, naamlik asynsuur, sowel as fermentasie-opbrengste is nie gevind om beduidende effekte op die ekonomiese doeltreffendheid van die verskeie 1G2G-scenario’s te gehad het nie. Rondom 116.5 miljoen liter etanol is geproduseer vir hierdie scenario uit die beskikbare molasse en lignosellulose, en totale kapitale belegging van $290 miljoen is beraam. ENGLISH ABSTRACT: The development of economically and environmentally beneficial bioethanol processes is becoming increasingly important for energy security and environmental burdens such as greenhouse gas emissions from the transportation industry. Bioethanol has proven to be a clean, alternative vehicle and aviation fuel, with a lower environmental impact and has been used in the production of bioplastics and green chemicals. Sugarcane has been regarded as an important crop for bioethanol production. Processing sugar mill by-products allows for sugarcane industries to diversify and convert inefficiently utilized by-products such as molasses (first generation) and sugarcane bagasse, leaves and tops (second generation) into products of value, with ethanol as a leading candidate. One of the solutions to improve ethanol production from sugarcane and possibly reducing the ethanol selling price, is to combine first and second-generation processes in order to obtain higher ethanol yields and improve fermentation processes. Studies on first, second and integrated first and second generation ethanol production scenarios from sugarcane have been conducted, however, feasibility data based on integrated processes from molasses (1G) and sugarcane bagasse and trash (2G), as well as annexed to existing sugar mills strategy, are still unavailable. The purpose of this project is to compare the economic feasibility of several integrated 1G2G ethanol processes annexed to a typical South African sugar mill. Therefore, two 1G, one 2G and seven integrated 1G2G scenarios have been developed, based on different types of feedstocks, configurations and setups. Simulations have been developed and techno-economic evaluations, benchmarking of the 1G and 2G economics and sensitivity analyses have been conducted on each of the developed scenarios. The results in this study show that 1G ethanol from A- and C-molasses obtained the same minimum ethanol selling price (MESP) of $0.5 per litre, showing no economies of scale benefits with the difference in feedstock. The integration of 1G and 2G sugars for ethanol production showed economic benefits when compared with 2G ethanol production alone, which achieved an MESP of $1.44 per litre. Based on benchmarking of the 1G and 2G scenarios with industrial data, it was found that comparable investment costs were obtained for the developed 2G scenario and a 2G Brazilian facility. The 1G2G scenario that produced the most favourable MESP of $0.97 per litre was one that involved the supplementation of the whole pretreated slurry (2G) with molasses (1G) for co-fermentation of sugars by SHcF. The selection of fermenting microorganism and its ability to function at sufficiently high substrate concentrations without inhibition or glucose suppression and within short fermentation times, as well as factors such as economies of scale, the extent of sugar utilization and the choice of process configuration were the main drivers of economic performance. Factors such as the presence of inhibitory by-products, namely acetic acid, as well as fermentation yields were not found to have significant effects on the economic performances of the various 1G2G scenarios. Around 116.5 million litres of ethanol were produced for this scenario from the available molasses and lignocelluloses, and a total capital investment of $290 million has been estimated. Masters 2021-05-31T09:26:16Z 2021-05-31T09:26:16Z 2021-03 Thesis http://hdl.handle.net/10019.1/110519 en_ZA Stellenbosch University 209 pages application/pdf Stellenbosch : Stellenbosch University |
| spellingShingle | Techno-economic analysis UCTD Sugarcane products Bagasse Molasses Bio-energy (Biomass energy) Moonsamy, Talia Anne Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title_full | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title_fullStr | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title_full_unstemmed | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title_short | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| title_sort | techno economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production |
| topic | Techno-economic analysis UCTD Sugarcane products Bagasse Molasses Bio-energy (Biomass energy) |
| url | http://hdl.handle.net/10019.1/110519 |
| work_keys_str_mv | AT moonsamytaliaanne technoeconomicanalysisandbenchmarkingofintegratedfirstandsecondgenerationbiorefineryscenariosannexedtoatypicalsugarmillforbioethanolproduction |