Detta hypotestestförprojekt har haft som mål att validera potentialen för ett nyttmultifunktionellt kaskadbioraffinaderi som producerar fyra viktigaplattformsprodukter från ett Kraftverk: cellulosa, lignobränsle, biovätgas ochbiopolymer. Eftersom cellulosa- och ligninproduktionslinjer är väl karakteriseradefokuserar Bioplastogen på att utvärdera och identifiera möjligheter ochutmaningar vid vätgas- och bioplastproduktion från hemicellulosarestprodukter.Utförandet har varit indelat i tre faser dvs 1) identifierandet av hemicellulosarikaströmmar för biovätgasprocessen, 2) fermenteringexperiment för produktion avvätgas och organisk syra, 3) omvandling av organisk syra till PHA genomaktiverat slam. Valet av hemicellulosafraktion baserades på ett litteraturstudieoch genom diskussioner med personal på olika bruk och på LignoBoostpilotanläggning. Eftersom Lignoboost restprodukt har alternativaanvändningsområdet och hög halt inhibitorer togs ett beslut att användahemicellulosa som extraheras innan den blir en del av svartlut.Hemicellulosafraktionen bestod av 19g/L organiskt material varav sockerarternafrämst var pentoser. Fraktionens effekt på vätgasproduktionen utvärderas iserumflaskor och bioreaktorer med osmotoleranta stammar avCaldicellulosiruptor sacchrolyticus. Bioprocessen utvecklades även förindustriella applikation. Försök i serumflaskor visade potential förbiovätgasproduktion som inte kunde replikeras i reaktorsförsöken. Förslag på nystrategi för att förbättra biovätgasproduktionen också i reaktorförsken kan vara attantinger anpassa mikroorganismerna till de nya substraten och/eller att användablandkulturer som kan vara mer robusta mot denna typ av substrat.Den organiska biprodukten från biovätgasprocessen användes förbiopolymerproduktionsprocessen. Två olika slam från Sjölundavattenreningsanläggning användes och visade en bra potential genom attackumulera mer än 25% av gPHA/gVSS. Detta resultat stärkte projekthypotesen.Nästa steg blir att använda ett acklimatiserat slam från biologisk vattenrening frånett pappersmassabruk.Genom Bioplastogen har vi stärkt våra hypoteser men också identifieradestrategier för fortsatt förbättring som förhoppningsvis kan bli implementerade iansökt fortsättningsprojekt – HyPer

This hypothesis testing project has been with aim to validate potential for a novelmultipurpose cascading biorefinery, producing four principal platform productswithin a Kraft pulp mill: cellulose, lignofuels, biohydrogen and biopolymers.Cellulose and lignin product lines are presently well characterized at commercialscale. The project was, therefore, focused on evaluating and identifyingopportunities and challenges in processes for biohydrogen and biopolymersproduction from mill hemicellulose residuals.The project undertaking comprised three phases: determining the hemicelluloserich stream (HRS) to use, fermentation of sugars to hydrogen gas and organicacids, and conversion of organic acids to PHA by activated sludge. A literaturesurvey and discussions with the experts at various pulp and paper industries in theKarlstad region, as well as the developers of LignoBoost technology at Innventiaclearly mark the challenges of using black liquor directly as the HRS. Thesechallenges can be avoided by pre-extraction of the hemicellulose residual massvia ‘autohydrolysis’ of wood before the Kraft process. Hence, the residualhemicellulose before it enters the black liquor was the selected HRS.The HRS contained about 19 g/L of organics comprising of mainly pentose sugarsand organic acids along with some soluble lignin. A number of batch experimentswere performed in flasks that confirmed potential for H2 production by anosmotolerant strain (CSG5) of Caldicellulosiruptor sacchrolyticus. Experimentswere also performed in a fed-batch bioreactor. Here practical advancement wasmade with respect to process developments for industrial applications. However,no significant growth or H2 production was observed when permeate was added tothe reactor. This outcome was considered in hindsight to be due to an unforeseenoutcome of headspace partial pressure generated by the experimental set up.Nevertheless, given the HRS strategy and first positive indicators from batchexperiments, next steps to establish the industrial methods for conversion ofautohydrolysis hemicellulose residuals to H2 were recommended based onadaptation of the strain to the feed and/or application of co-culture bioprocessengineering.The effluent from biohydrogen production feeds a biopolymer production process.Two distinct sludge samples were sourced from municipal water treatment atSjölunda to evaluate polyhydroxyalkanoates (PHA) accumulation potential. Themixed cultures naturally accumulated a moderate level of more than 25% ofgPHA/gVSS. The conversion of the organic matter in the HRS stream into PHAwas successfully observed thus supporting the project hypothesis. Similarly to thebiohydrogen outcome, next steps will entail the development of an acclimatedenrichment PHA producing biomass from Kraft mill industry wastewaterbiological treatment.Through this work steps were made that strengthened the ideas as well as thestrategy forward which are to be implemented through the forthcoming proposedproject – HyPer.