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 (Stellenbosch : Stellenbosch University, 2021)
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.