• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Kemiteknik01. 10. 2019 | Katrine Meyn

Konceptuelt design af biobaserede værdikæder – for en bæredygtig fremtid

Kemiteknik01. 10. 2019 By Katrine Meyn

En Process Systems Engineering-strategi, der faciliterer overgangen til en cirkulær økonomi.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 7, 2019 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Nikolaus I. Vollmer1, Krist V. Gernaey1, Solange I. Mussatto2 og Gürkan Sin1
1 Process and Systems Engineering Center (PROSYS), DTU Kemiteknik
2 Biomass Conversion and Bioprocess Technology Group, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Danmarks Tekniske Universitet

Verden står ved en skillevej, og antallet af studier, der bevidner dette, stiger dag for dag. I kølvandet på en voksende verdensbefolkning og stigende efterspørgsel på fødevarer, energi og forbrugsgoder, opstår problemer, der har en stor effekt på verdens klima. Dette udgør betydelige bæredygtighedsudfordringer for mange ressourcer. For at forebygge en forværring af denne situation, har FN udgivet deres “2030 Sustainable Development Agenda”, der udpeger 17 mål for en mere bæredygtig fremtid [1]. Blandt disse er det mål nr. 12 – ”ansvarlige forbrugs- og produktionsmønstre” – der særligt kræver, at verdens industrier tager ansvar og udvikler bæredygtige løsninger. Dette er tæt forbundet med begrebet ”cirkulær økonomi” og værdikædekonceptet.
Værdikæder er på en makroøkonomisk skala defineret som bindeleddene mellem produktet på den ene side og råvarerne, som bruges i produktionen af det endelige produkt, på den anden side. I de nuværende produktionsmønstre er disse værdikæder klassisk lineære, når det kommer til at bruge fossile ressourcer som råvarer til energi, brændstof og produkter som plastik. Dette skyldes, at et større slutprodukt af disse værdikæder er kuldioxid (CO2).
I modsætning til dette implementerer cirkulære værdikæder princippet ”den enes affald er den andens guld”. Ved at bruge spildstrømme og produkter fra andre industrielle sektorer som råvarer kan de respektive værdikæder blive cirkulære. I en bioøkonomisk kontekst, hvor man bruger rester fra landbrugs- og skovindustrier eller andre genanvendelige råvarer, bliver disse værdikæder ikke alene cirkulære, men også CO2-neutrale og dermed også bæredygtige. Ved at erstatte de nuværende kemiske produktionsprocesser med bioteknologiske alternativer kan de nuværende CO2-udledninger, der forårsages af industrien, blive reduceret dramatisk.

Når vi producerer forskellige produkter og energi fra en enkelt genanvendelig råvare, kan vi forøge bæredygtigheden af produktionsprocessen yderligere ved at maksimere procesintegration- og intensivering. Resultatet kaldes et integreret bioraffinaderi [2]. Procesintegration og procesintensivering bidrager betydeligt til adskillige af FN’s bæredygtighedsmål og kan derfor betragtes som essentielle for biobaserede værdikæder i en bæredygtig fremtid.
Selvom bæredygtighedspotentialet er tydeligt, er der adskillige økonomiske forhindringer: På det overordnede procesniveau er det mest prominente spørgsmål, hvilket design der skal realiseres i praksis. Dette involverer beslutninger om valg af cellefabrikker i den bioteknologiske proces, udformning af downstream-processerne og valg af den ofte dyre forbehandlingsproces. På procesanlægsniveauet bliver man også nødt til at gennemføre optimering af de anvendte processer, og dette bestemmer det endelige udvalg af produkter, som produceres ud fra råvarerne. Ydermere inkluderer dette driftsoptimering af selve processerne. På et globalt niveau skal der træffes beslutninger om valg af råvarer og de respektive markeder for råvarer og produkter. Dertil skal variation af råvaretilgængelighed og af slutprodukternes pris inkluderes i analysen. Kun ved at adressere alle disse spørgsmål, på de tre nævnte niveauer, vil de påkrævede værdikæder blive robuste og dermed økonomisk leve- og bæredygtige.

En systematisk designtilgang
Fra et Process Systems Engineering-perspektiv (PSE) kræver disse overvejelser en systematisk designtilgang. Dette kan opnås ved at anvende high-end PSE-koncepter sammen med viden fra bioprocesteknologi og cellefabriksdesign [3].
Initiativet ”Fermentation-based manufacturing” (FBM) på Danmarks Tekniske Universitet søger at kombinere de sidste to elementer for at bidrage synergistisk til en ny biobaseret økonomi [4]. PSE-tilgangen fremmer disse synergier på flere skalaer, og fremmer også interaktionen mellem skalaerne ved at foreslå egnede op- og nedskaleringsstrategier.
Denne tilgang er implementeret i et softwareværktøj i tre trin: procesdesign, procesoptimering og værdikædeoptimering. Den første systematiske softwareimplementering af disse trin er ækvivalent til en ”digital tvilling” af dette bioraffinaderi.

Procesdesigntrinnet resulterer i en optimal proces for en bestemt mængde råvarer og en mængde produkter. Til dette udvikles mekanistiske modeller for alle mulige procestrin baseret på tilgængelig viden om hvert procestrin. Disse procestrin inkluderer forbehandlingen, fermenteringen og adskillige downstream-operationer til at udskille produktet fra fermenteringsvæsken. Eftersom mekanistiske modeller kan blive temmelig komplekse, vil hver model blive konverteret til en datadreven tvilling, dvs. en surrogatmodel. Disse surrogatmodeller er baseret på Machine Learning-teknikker og kan let blive implementeret i en såkaldt superstruktur. Superstrukturen tillader simulering af alle teoretisk mulige kombinationer af enhedsoperationer for at finde den optimale konfiguration for processen. Derefter optimeres den med det mål at maksimere produktionen af de ønskede produkter.
Procesoptimeringstrinnet skal optimere processen, både på niveauet af den enkelte enhedsoperation og på anlægsniveau. På dette stadie er yderligere procestrin inkluderet for at tage højde for muligheden for at producere flere forskellige produkter fra én enkelt råvare. Det er en iterativ procedure, hvor procesdesign bliver evalueret for alle mulige proceskonfigurationer. Ydermere inkluderer optimeringen af processen også en videre integrering og intensivering af procesnetværket for at forbedre den overordnede ydelse af anlægget, der designes. Efterfølgende kan man udlede en strategi over, hvordan man skal drive og regulere denne proces. Fremtidig drift og regulering er vigtige faktorer, som skal tages i betragtning, inden man starter konstruktionen af det faktiske anlæg.
Værdikædeoptimeringstrinnet afslutter udviklingen af den digitale tvilling: Dette inkluderer muligheden for at undersøge brugen af forskellige råvarer, afhængig af hvor anlægget skal placeres. Derudover bliver fluktuerende markedspriser for både råvarer og produkter taget i betragtning. Optimering af hele værdikæden ved brug af robuste kriterier skaber en løsning, som er økonomisk holdbar selv under usikre driftsbetingelser.

Arbejdet med den digitale tvilling
Den komplette digitale tvilling tilbyder dermed udførelsen af scenarieanalyser. Med vurderingen af produktionen af et bestemt produkt for et bestemt marked, tilbydes der forslag og konklusioner om potentielt lovende forretningsstrategier for virksomheder, der kan fortælle en virksomhed, hvor de skal fokusere kernen af et bioraffinaderi for at opnå den mest effektive værdikæde, og hvilke der er de mulige markeder for råvarerne og produktet.
Ydermere kan usikkerheds- og sensitivitetsanalyse bidrage med information om kritiske procesparametre og facilitere op- og nedskalering af en mulig implementering. Opskalering er som regel det mest kritiske skridt i konstruktionen af et nyt anlæg, og derfor vil robuste strategier øge succesraten af den praktiske implementering af et bioraffinaderi. Dertil kan det tilføjes, at risikovurdering kan illustrere mulige ulemper ved den undersøgte løsning og foreslå yderligere pointer til overvejelse af det foreslåede koncept til et bioraffinaderi. Dette involverer yderligere iterationer gennem de forskellige udviklingstrin (procesdesign, procesoptimering, værdikædeoptimering) i takt med, at anlægget gentagne gange optimeres på procesdesignstadiet med øget robusthed. Afsluttende kan det nævnes, at omkostnings- og dimensioneringsberegninger af anlægsmateriale og -udstyr fuldender den økonomiske vurdering af scenariet.
Overordnet set har det udviklede softwareværktøj et lovende potentiale til konceptuelt design og studie af forskellige bæredygtige værdikæder. Således giver det pålidelig information til beslutningstagning i en tekno-økonomisk og derudover også politisk kontekst. Det præsenterede koncept forventes at kunne facilitere omstillingen til en cirkulær, biobaseret økonomi. Ved denne nye udvikling af ingeniør softwareværktøjer håber vi på at kunne promovere FN’s bæredygtighedsmål og bane vejen for en mere bæredygtig fremtid for os alle.

Referencer
1. https://sustainabledevelopment.un.org/about .
2. Mussatto, Dragone, in S. Mussatto (Ed.) Biomass Fractionation Technologies for a Lignocellulosic Feedstock Based Biorefinery, Elsevier, 2016, 1-22.
3. Gargalo et al., Industrial & Engineering Chemistry Research, 2017, Vol. 56 (41), 11870-11893.
4. http://www.fbm.dtu.dk.

Skrevet i: Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

2026-udgaven af Torkil Holm Prisen måtte deles af to markante forskningsprofiler

BranchenytTop03. 02. 2026

Torkil Holm Prisen, der tildeles yngre forskere indenfor kemien, måtte i år deles i to; til professor Luca Laraia fra DTU og Senior Principal Scientist Anne Louise Bank Kodal fra Novo Nordisk A/S Professor Luca Laraia modtog prisen for sin enestående indsats i at forstå og målrette de

Italienskfødt, dansk-bosat forsker modtager årslegat for at sætte molekyler på menuen

AktueltBranchenyt27. 01. 2026

I år det 5 millioner store Villum Kann Rasmussens Årslegat til en forsker, der på flere måder har bygget broer. Professor Milena Corredig fra Aarhus Universitet bygger bro mellem molekyler og måltider, og selv har hun rødder med fra Italien, hvor hun er født, men er i dag bosat her i

To år med enhedspatentet og Enhedspatentdomstolen

AktueltArtikler fra Dansk KemiLovgivning og patenter26. 01. 2026

Enhedspatentsystemet har nu været i kraft i to år, og de nye muligheder bliver brugt. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Anders Heebøll-Nielsen, partner, European Patent Attorney,

Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

AktueltArtikler fra Dansk KemiEnergi20. 01. 2026

4. generations atomkraftreaktorer, der bruger smeltet salt som brændsel eller kølemiddel, er ved at blive udviklet i Danmark, men hvad kan vi bygge dem af? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Er der salat i solcreme?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi12. 01. 2026

Afhængigt af ens ophold udendørs, solindfaldet dér og ens lysfølsomhed kan man få brug for solcreme på alle tider af året, så her skriver vi også om det i november. Som ved de fleste andre kemibaserede produkter kan man støde på ejendommelig nomenklatur, når man studerer ingredienslisterne for

Kan kviksølv-isotoper være nøglen til at forstå kviksølvforureningen i Arktis?

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø12. 01. 2026

I de senere år har den teknologiske udvikling medført, at det er muligt at måle kviksølv-isotoper med så høj præcision, at disse kan bruges som et slags ”fingeraftryk” og give ny viden om kilder, transportveje og processer i kviksølvets komplicerede kredsløb. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi

Forstå pulver gennem simuleringer

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik05. 01. 2026

Pulverbaserede produkter har mange fordele, men pulverets uforudsigelige og komplekse adfærd vanskeliggør at styre de processer, der producerer det. Med avancerede numeriske simuleringer kan vi nu kigge ind i selve procesudstyret og dermed designe forbedrede processer. Artiklen har været bragt i

Når bobler og farveskift afslører reaktorens hemmeligheder

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik15. 12. 2025

Visuelle metoder giver ny indsigt i boblestørrelser, blandingstider og iltoverførsel i bioreaktorer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emilie Overgaard Willer, Camilla Tue

Koks i jorden og olie i tanken

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik08. 12. 2025

Omdannelse af halm via langsom pyrolyse og hydro-deoxygenering. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Claus Dalsgaard Jensen1, Anker Degn Jensen1, Magnus Zingler Stummann2 og Jesper

DTU blandt Europas bedste universiteter – bl.a. indenfor kemi og miljøteknologi

AktueltBranchenyt01. 12. 2025

For tredje år i træk ligger DTU øverst på ranglisten EngiRank, der rangerer de bedste tekniske universiteter i Europa. EngiRank har udvidet antallet af universiteter, så der nu er 239 – heriblandt 15 universiteter fra Storbritannien. - Det er en stor anerkendelse, ikke blot af DTU som

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Olien flød ud i vandet – men én ting inddæmmede den

  • MD Scientific

    Kolonne til hurtig måling af ADCC-aktivitet

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    IKA Specials Q1 2026 – Spar 15% på laboratorieudstyr

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Busch Group præsenterer vakuumløsninger til skalerbare brug af brint og kulstof

  • DENIOS ApS

    Hvad er forskellen på et brandsikkert skab og et batteriskab?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    nerbe plus petriskåle – certificeret kvalitet til en god pris

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    Vi kan ikke undvære laboranterne

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Pipette- og vægtbytte er tilbage!

  • DENIOS ApS

    Skal dit truckværn være af stål eller plast?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions bliver officiel global leverandør af ITER-flanger

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • 2026-udgaven af Torkil Holm Prisen måtte deles af to markante forskningsprofiler

    03.02.2026

  • Italienskfødt, dansk-bosat forsker modtager årslegat for at sætte molekyler på menuen

    27.01.2026

  • To år med enhedspatentet og Enhedspatentdomstolen

    26.01.2026

  • Materialer til konstruktion af små modulære atomreaktorer med smeltet fluorid-salt

    20.01.2026

  • Er der salat i solcreme?

    12.01.2026

  • Kan kviksølv-isotoper være nøglen til at forstå kviksølvforureningen i Arktis?

    12.01.2026

  • Forstå pulver gennem simuleringer

    05.01.2026

  • Når bobler og farveskift afslører reaktorens hemmeligheder

    15.12.2025

  • Koks i jorden og olie i tanken

    08.12.2025

  • DTU blandt Europas bedste universiteter – bl.a. indenfor kemi og miljøteknologi

    01.12.2025

  • Sodpartikler i København

    25.11.2025

  • Rens søen og gød marken: Søsediment som bæredygtig fosforgødning

    17.11.2025

  • Glas som batterimateriale

    10.11.2025

  • Vælg bælg

    03.11.2025

  • Enzymet glucoseoxidase – en status i 100-året for Detlev Müllers opdagelse

    29.10.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik