ECOOVALUE - Smart and dynamic bioproduction with integrated CO2 valorization

Aanleiding

While electrification can lead to decarbonization of the energy sector and reduce greenhouse gas (GHG) emissions, the chemicals- and food industry will inevitably rely on carbon.

Hier focussen de inspanningen op het vervangen van petrochemisch afgeleid koolstof door biobased alternatieven. Fermentatieprocessen waarin CO2 of hernieuwbare koolstofbronnen worden omgezet in waardevolle producten (bijv. brandstoffen, chemicaliën, bouwmaterialen en voedselingrediënten) zullen essentieel worden voor de overgang naar een bio-economie.

Huidige biomanufacturingprocessen hebben nog steeds een aanzienlijke koolstofvoetafdruk. Het bereiken van netto-nul GHG-emissies tegen 2050 vereist valorisatie van de inherente CO2-uitstoot van biomanufacturingprocessen en elektrificatie van de resterende eenheidsoperaties, evenals de introductie van nieuwe bioprocessen op commerciële schaal.

Al nu voorkomen uitdagingen met de capaciteit van het elektriciteitsnet de implementatie van nieuwe initiatieven. Om ervoor te zorgen dat meer biobased productieprocessen in de toekomst op industriële schaal beschikbaar komen, moeten oplossingen worden ontwikkeld om de vereisten voor netuitbreiding te minimaliseren en het gebruik van hernieuwbare elektriciteit te maximaliseren, evenals het recyclen van koolstof die vrijkomt tijdens (bio)manufacturing.

Doelstelling

The primary goal of the ECOOVALUE concept is to make biomanufacturing processes more easily integrable into the existing electricity grid.

Huidige fermentatieprocessen zullen (her)ontworpen worden om niet langer te opereren met vooraf ingestelde of stationaire voorwaarden, maar om dynamische werking mogelijk te maken, zodat ze kunnen reageren op fluctuaties in de vraag en aanbod van lokale hernieuwbare elektriciteitsbronnen.

Periodes van lage elektriciteitskosten kunnen worden benut, zodat deze processen kosteneffectiever kunnen opereren, terwijl ze ook een vorm van piekafvlakking voor het net bieden door de vraag tijdens piektijden te verminderen. Dit wordt als essentieel beschouwd voor de snelle inzet van nieuwe bioprocessen zonder verdere grote uitbreiding van het elektriciteitsnet.

Er is een bijzondere focus op energie-intensieve elektrochemische processen die CO2 omzetten in waardevolle chemicaliën, waarvoor de innovaties die in dit initiatief worden nagestreefd essentieel zullen zijn om kosteneffectief op industriële schaal te worden.

Met deze aanpak presenteert ECOOVALUE innovaties in productieketens en stimuleert het gebruik van CO2 als substraat voor waardevolle chemicaliën, en adresseert daarmee elegant twee innovatie-thema's die zijn beschreven in de MOOI-missie Industrie.

Korte omschrijving

• Analyse van de gevoeligheid van bestaande fermentatie-gebaseerde biomanufacturingprocessen voor dynamische werking en (her)ontwerp van dergelijke processen om afstemming op vraag- en aanbodfluctuaties te integreren.
• Ontwikkeling van verbeterde processen om biogene CO2-stromen te recyclen door middel van elektrochemie onder dynamische werking.
• Ontwikkeling van processen voor valorisatie van elektrochemieproducten (bijv. organische zuren) met behulp van fermentatie, enzymatische omzetting of chemische synthese.
• Ontwerp van algoritmen om optimale werking van processen te plannen.
• Techno-economische analyse op basis van profielen van hernieuwbare energie.
• Opschaling van de meest veelbelovende strategieën naar pilotschaal (TRL6) op partnerlocaties.

Resultaat

To show wide feasibility of dynamic operation within the biomanufacturing industry, the project will deliver:

• Proof of concept for dynamic operation in established fermentation processes to tune high energy demand during operation with availability of renewable energy and grid capacity.
• Demonstration of conversion of biogenic CO2 to organic acids or intermediary products that are either suitable as substrate for fermentation or for further chemical conversion.
• Protocols for maximal recycling of CO2 released during biomanufacturing to minimize CO2 emissions and enhance product yield.
• Integration of learnings into dynamic valorization of CO2-derived intermediates in fermentation processes.
• Prediction tool for grid capacity/electricity price that allows for implementation of dynamic operation in (bio)manufacturing processes.