Háskólinn á Akureyri (UNAK) 
www.unak.is

Kynning UNAK - Framleiðsla á lífeldsneyti á Íslandi - hér
Jóhann Örlygsson, prófessor, stýrir verkþáttum UNAK í verkefninu Lífeldsneyti - hér
Lokaskýrsla UNAK um vetnis- og metanmyndandi bakteríur -
hér

Verkefnisstjórn verkefnisins Lífeldsneyti er í höndum Háskólans á Akureyri (UNAK) og er verkefnastjóri Jóhann Örlygsson.

Ábyrgðarsvið UNAK í verkefninu Lífeldsneyti er einkum í verkþáttum 4.1, 
4.2, 8.0 og 9.0

  • Verkþáttur 4.1. Líf-etanól.
  • 4.1.1. Skimun á hitakærum etanólframleiðandi stofnum - lokið 
  • 4.1.2. Greining á afurðum gerjunar eftir vöxt á mismunandi sykrum - lokið
  • 4.1.3. Raðgreining á erfðamengi (Matís) valinna stofna (UNAK) - lokið
  • 4.1.4. Hönnun og smíði gena - úrfellingar/innsetningar eininga.
  • Verkþáttur 4.2. Líf-vetni (4.2.1.) og Líf-metan (4.2.2.)
  • 4.2.1. Líf-vetni 
  • 4.2.1.1. Mat á niðurbroti kolvetna og framleiðslugeta hitakærra bakteria - lokið
  • 4.2.1.2. Könnun á hvarfefnabreydd (nýtingu kolefnis) fjögurra stofna - lokið
  • 4.2.1.3. Áhrif þrýstings og efnastyrks á vöxt baktería - lokið
  • 4.2.2. Líf-metan
  • 4.2.2.1. Metanframleiðslugeta metanbaktería sem til eru hjá UNAK.
  • 4.2.2.2. Vatnsrofstilraunir á lífmassa (hráefni) sem inniheldur " lignocellulosic biomass ",
  • Verkþáttur 8.0. Verkefnastjórnun : 
    Verkefnastjórn hefur verið í höndum HA með Jóhann Örlygsson sem verkefnastjóra. Tveir fundir með öllum þáttakendum verkefnisins hafa verið haldnir á árinu. 
  • Verkþáttur 9.0. Vísindagreinar, kynningar-og fræðslustarf : 
  • 9.0. Vísindagreinar sem hafa verið birtar við UNAK á sviði Lífeldsneytis árið 2010 og 2011 - hér
  • 9.0. Heimasíðan Lífeldsneyti er í vinnslu en fór í loftið á fjórað ársfjórðungi 2011. Allir þátttakendur verkefnisins bera ábyrgð á þessum verkþætti. Þar eru/verða upplýsingar aðgengilegar sérfræðingum og áhugafólki um framleiðslu á eldsneyti úr lífmassa ásamt innri vef fyrir verkefnið sjálft.


Vörður til að marka framvindu á árinu 2012 sem er síðasta stuðningsár verkefnis Lífeldsneyti: 

  • Verkþáttur 4.1. Matís. VARÐA 1. Ný valgen fundin fyrir frekari erfðabætur á Thermoanaerobacterium AK17 og ummyndunartilraunum lokið.
  • Verkþáttur 4.2. Háskólinn á Akureyri.VARÐA 2 . Búið að greina alla helstu lífeðlisfræðilegu þætti fjögurra bakteríustofna. Handrit af tveimur vísindagreinum um vetnisframleiðandi bakteríur verða sendar til birtingar.
  • Verkþáttur 4.2. SORPA 4.2.2.4. VARÐA 4. Niðurstöður úr tilraunum á metanframleiðslugetur úr 8 hráefnum með og án rafpúlsameðhöndlunar við tvö mismunandi hitastig munu liggja fyrir.
  • Verkþáttur 4.2. Háskólinn á Akureyri.VARÐA 2. Lokaskýrsla um afrakstur verkefnisins auk tveggja vísindagreina verða sendar til birtingar.
  • Verkþáttur 4.3. NMÍ. VARÐA 3. Aðstaða til gösunar er til staðar og tilraunum lokið á framleiðslu á syngasi úr mismunandi hráefni. Hins vegar er breytt frá fyrstu áætlun um framleiðslu á FT-dísil. En í stað þess er FT-dísill og einnig magn metanóls, etanóls, vetni og DME reiknað út frá syngasi og samsetningu þess. Til viðbótar eru einnig útreikningar á að nota rafgreiningarvetni til að auka framleiðsluna. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 6.0. Mannvit. VARÐA 5. Frumhönnun framleiðsluferla fyrir lífetanól, lífdísel og lífmetan. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 7.0. Mannvit. VARÐA 6. Hagkvæmniathugun framleiðsluferla fyrir lífetanól, lífdísel og lífmetan. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 8.0 Háskólinn á Akureyri. Verkefnisstjórn verkefnisins Lífeldsneyti er í höndum UNAK og mun öllum verkþáttum verður lokið á árinu 2012. 
  • Verkþáttur 9.0. Allir. Varða 13. Heimasíða fyrir verkefni á sviði Lífeldsneytis verður aðgengileg öllum.

Árs/lokaslýrsla 2012:

  • Verkþáttur 4.1. Matis. VARÐA 7. Bæði edikssýrumyndun og mjólkursýrumyndun slegin út í sama Thermoanaerobacterium AK17 stofni. Innsetning beta-glúkósidasa í Thermoanaerobacterium AK17 vel á veg komin. Lokaskýrslu verður skilað.
  • Verkþáttur 4.2. HáVerkefnisstjórn er í höndum Háskólans á Akureyri og verkefnastjóri Jóhann Örlygsson. skólinn á Akureyri. VARÐA 8. Lokaskýrsla um afrakstur verkefnisins auk tveggja vísindagreina sem hafa verið sendar til birtingar. .
  • Verkþáttur 4.2. SORPA. VARÐA 9. Pilot skala tilraunir með metanframleiðslu valinna stofna hafa verið gerðarTilraunir með að nota jarðgufuhita til að hita gerjunartankinn hafa verið gerðar. Lokaskýrsla um niðurstöður liggur fyrir.
  • Verkþáttur 4.3. NMÍ. VARÐA 10. Aðstaða til gösunar er til staðar og tilraunum lokið á framleiðslu á syngasi úr mismunandi hráefni. Hins vegar er breytt frá fyrstu áætlun um framleiðslu á FT-dísil. En í stað þess er FT-dísill og einnig magn metanóls, etanóls, vetni og DME reiknað út frá syngasi og samsetningu þess. Til viðbótar eru einnig útreikningar á að nota rafgreiningarvetni til að auka framleiðsluna. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 6. Mannvit. VARÐA 11. Frumhönnun framleiðsluferla fyrir lífetanól, lífdísel og lífmetan. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 7. Mannvit. VARÐA 12. Hagkvæmniathugun framleiðsluferla fyrir lífetanól, lífdísel og lífmetan. Lokaskýrsla tilbúin.
  • Verkþáttur 9. Allir. VARÐA 13. Heimasíða fyrir verkefni á sviði LífEldsneytis er aðgengileg öllum.


Úr áfangaskýrslu 2011:

I. Framvinda verkefnis á árinu 2011

Verkþáttur 4.2 BioHydrogen ( líf-vetni) and Biomethane ( líf- metan eða nútíma-metan)


Undirverkþættir eru:
4.2.1. BioHydrogen - hydrolytic bacteria (þrír undirverkþættir hér undir) - öllum lokið 2011
4.2.2. BioMethane (fjórir undirverkþættir hér undir)

Undirverkþáttur 4.2.1. BioHydrogen

4.2.1.1. (Estimation of carbohydrate degradation and production rates and yields of thermophilic bacteria)-  lokið 2010.
4.2.1.2. (Carbon utilization spectrum) - búið að kanna hvarfefnisbreydd fjögurra valinna stofna - verkþætti lokið 2011.
4.2.1.3. (The influence of partial pressure of hydrogen of hydrogen and substrate concentration on growt)- verkþætti lokið á fjórum völdum stofnum 2011.

Undirverkþáttur 4.2.2. BioMethane (fjórir undirverkþættir hér undir)

4.2.2.1. Characterization of methanogens in the culture collection of UA - búið að kanna metanframleiðslugetu þeirra metanstofna sem til eru í stofnasafni UNAK. Ekki hefur enn tekist að klára að raðgreina 16S rRNA til að fá skyldleika þessara stofna en það verður gert með samvinnu við Prokaria. Þetta hefur ekki enn tekist en verður framkvæmt á fyrstu sex mánuðum þriðja verkefnaárs. Mun erfiðara hefur reynst að raðgreina metanstofna samanborið við aðrar bakteríur en metanstofnar eru fyrnur (archaea) og því þarf aðra aðferðfræði samanborið við venjulegar bakteríur (bacteria). 

4.2.2.2. Hydrolysate experiments from lignocellulosic material – yields and rates of methane production- verkþáttur er langt kominn en endurtaka þarf nokkrar tilraunir. Meðfylgjandi er lokaskýrsla (Fylgiskjal 3; Biofuel – Hydrogen and methane producing extremophiles) um þá vinnu sem lokið er við að gera með bæði vetnis- og metanmyndandi bakteríur og er birt í ritröð Háskólans á Akureyri (RA11:01). Þetta er afraksturseining Nr.1 samkvæmt samningi.

4.2.2.3. Continuous culture of selected strains; optimization of hydrogen and methane production) - verkþátturinn er meginvinnan á árinu 2012.

4.2.2.4. Upscaling from laboratory scale to pilot scale- komin er hönnunarlýsing á aðstöðu til tilraunanna ásamt því að búið er að kaupa og koma fyrir færanlegri aðstöðu í Álfsnesi. Búið er að undirbúa að raða inn búnaði, sem að hluta til hefur verið keyptur, inn í aðstöðuna. Rauntímatengingar við núverandi aðstöðu, til dæmis vegna gasmælinga og gashreinsunar er á hönnunarstigi. Þó er ekkert því til fyrirstöðu að gera allar viðeigandi mælingar á efnasamsetningu eða framleiddu magni án tengingar við núverandi gashreinsistöð í Álfsnesi. Samkvæmt samningi á að vera búið að búa til framleiðslueiningu fyrir metanframleiðslu (Afrakstur 4). Þetta hefur ekki alveg tekist, aðallega vegna seinkana á tækjakaupum erlendis frá, en er vel á veg komið og mun verða klárað í upphafi næsta verkefna árs. Fyrstu niðurstöður munu liggja fyrir um miðjan febrúar 2012 og er miðað við að aðstaðan verði í fullri keyrslu fram í september 2012 en þá verði meginhluti tilrauna lokið. Leiðbeiningar um uppsetning og umgengni um tilraunir og búnað liggur fyrir ( sjá innri vef heimasíðunnar). Meðfylgjandi er skýrsla um uppbyggingu pilot skala aðstöðunnar (Fylgiskjal 4). Búið er að finna og ráða erlendan meistaranema til að fylgja mælingum eftir og hefur hann störf í janúar 2012

Einnig fellur hluti af afrekstri 3 undir þennan þátt sem er nýr þáttur um formeðhöndlun á hráefni með rafpúlsum til að auka metan-framleiðslu og flýta fyrir metan-gerjun. Búið er að hanna rafpúlsatæki og hanna og smíða rafskaut sem henta fyrir samfellda vinnslu á hráefni sem inniheldur allt að 15% þurrefni. Búið er að prófa tækin og setja það upp í aðstöðu SORPU á Álfsnesi. Mæliaðferðir er einnig búið að setja upp fyrir hráefnið. Tilraunir hafa hins vegar tafist vegna óviðráðanlegra seinkana á smíði við metan framleiðslueiningar. Tilraunir hefjast nú í desember 2011. Skýrsla er tilbúin að öllu leyti nema að niðurstöður mælinga liggja ekki fyrir. Skýrslan fylgir með sem uppkast (Fylgiskjal 5)

Verkþáttur 9.0.  Birtar vísindagreinar á sviði Lífeldsneytis árið 2010 og 2011:

  1. Etanólframleiðsla úr flóknum lífmassa með hitakærum bakteríum
  2. Ethanol and Hydrogen Production from Lignocellulosic Biomass by Thermophilic Bacteria
  3. Hydrogen production from sugars and complex biomass by Clostridium species, AK14, isolated from Icelandic hot spring
  4. Bioprospecting thermophilic ethanol and hydrogen producing bacteriafrom hot springs in Iceland
  5. Effect of various factors on ethanol yields from lignocellulosic biomass by Thermoanaerobacterium AK17
  6. Combined hydrogen and ethanol production from sugars and lignocellulosic biomass by Thermoanaerobacterium AK54, isolated from hot spring
  7. Hydrogen and ethanol production from sugars and complex biomass by Thermoanaerobacterium AK54, isolated from Icelndic hot spring
  8. Ethanol and hydrogen Production with Thermophilic Bacteria from Sugars and Complex Biomass


II. Framhald verkefnis á síðasta stuðningsári 2012:

Ábyrgð: Háskólinn á Akureyri ber ábyrgð á þeirri vinnu er snýr að einangrun, greiningu og lífeðlisfræði þeirra örverustofna sem notaðir eru.

Verkþáttur 4.2.1 BioHydrogen - öllum verkþáttum áður lokið.
Verkþáttur 4.2.2. BioMethane (fjórir undirverkþættir, þrír hjá UNAK og einn hjá SORPU (4.2.2.4.) 

Starfsmenn og vinnuframlag. Dr. Jóhann Örlygsson, prófessor sér um stjórnun verkefnisins. Margrét Auður Sigurbjörnsdóttir, sérfræðingur sér um verkstjórn allra verkþátta er snúa að Háskólanum á Akureyri en hún er í 50% stöðu. Í verkefninu hafa unnið tveir sérfræðingar, Alija Tarazewiz og Beata Wawierna en þeirra vinnu lauk nú í sumar. Í stað þeirra eru nú tveir MS nemar að vinna í verkefninu, Hrönn Brynjarsdóttir og Jan Eric Jessen. Hrönn og Jan Eric vinna alla þá vinnu sem framkvæmd er á rannsóknastofu. 

Meginvinnan á síðasta verkefnaárinu er að klára allar tilraunir sem snúa að framleiðslu á vetni og metan úr flóknum lífmassa. Valdir hafa verið 4 vetnis/etanól framleiðandi stofnar auk tveggja metanframleiðandi stofna. Búið er að samkeyra þessa stofna saman á nokkrum gerðum hýdrólýsata en eftir er að vinna úr öllum gögnum sem fengist hafa og hugsanlega þarf að endurtaka nokkrar tilraunir. Þessi vinna tilheyrir undirverkþættir 4.2.2.2. (Hydrolysate experiments from lignocellulosic biomass – yields and rates of methane production). Auk þessa verkþáttar verður verkþætti 4.2.2.1 (Characterization of methanogens in the culture collection of UA) kláraður á fyrst sex mánuðum þriðja verkefnaárs en meginvinnan á síðara hluta verkefnaársins verður að keyra valda stofna í sírækt til að fá hámarksframleiðslu á bæði vetni og metan (Undirverkþáttur 4.2.2.3; Continuous culture of selected strains; optimization of hydrogen and methane production). 

Úr áfangaskýrslu 2010:

I. Framvinda verkefnis á árinu 2010

Verkþáttur 4.2 BioHydrogen ( líf-vetni) and Biomethane ( líf- metan eða nútíma-metan)
Háskólinn á Akureyri ber ábyrð á þeirri vinnu er snýr að einangrun, greiningu og lífeðlisfræði þeirra örverustofna sem notaðir eru. Þetta eru undirverkþættir 4.2.1 BioHydrogen og 4.2.2. BioMethane.Margrét Auður Sigurbjörnsdóttir, sérfræðingur sér um verkstjórn allra verkþátta er snúa að Háskólanum á Akureyri en hún er í 50% stöðu. Tveir aðrir sérfræðingar vinna í verkefninu, Alija Tarazewiz og Beata Wawierna auk meistaranema sem mun byrja í lok ágúst, Hrönn Brynjarsdóttir. Þær Alicja, Beta og Hrönn vinna alla þá vinnu sem framkvæmd er á rannsóknastofu.

Í undirverkþætti 4.2.1.3. (The influence of the partial pressure of hydrogen and substrate concentration on growth) mun vinnan beinast að þeim vetnisframleiðandi stofnum sem hafa sýnt mestu vetnisframleiðslu (bæði nýtingu og framleiðsluhraða). Þessi vinna mun að mestu vera lokið fyrstu sex mannmánuði verkefnaársins. Meginþungi verkefnavinnunar á öðru verkefnaári mun snúa að undirverkþætti 4.2.2.2 (hydrolysate experiments from lignocellulosic material – yields and rates of methane production) en undirverkþáttur 4.2.2.3 (continuous culture of selected strains, optimization of hydrogen and methane production) mun ekki hefjast fyrr en á þriðja verkefnaári. Þetta er breyting frá umsókn þar sem sagt var að þessi verkþáttur muni hefjast á öðru verkefnaári en ástæðan fyrir þessari breytingu er að mikilvægt er að afla fullkomnari gagna í lokuðum ræktum áður en farið verður í síræktunarkerfi.

Einnig verður unnið að því að klára að einangra stofna (2009 stofnar) og hvarfefnisbreidd þeirra rannsökuð. Þannig mun fást gott yfirlit yfir alla stofna sem einangraðir hafa verið árin 2007 (um 60 stofnar) og 2009 (um 50 stofnar). Unnið verður með samræktir bestu vetnisframleiðandi og metanmyndandi stofna á lignósellulósa. Þannig fást gögn sem notuð verða í verkþætti 7 (Feasability study).

II. Framhald verkefnis á árinu 2011

Starfsmenn og vinnuframlag. Margrét Auður Sigurbjörnsdóttir, sérfræðingur sér um verkstjórn allra verkþátta er snúa að Háskólanum á Akureyri en hún er í 50% stöðu. Tveir aðrir sérfræðingar vinna í verkefninu, Alija Tarazewiz og Beata Wawierna auk meistaranema sem mun byrja í lok ágústs, Hrönn Brynjarsdóttir. Þær Alicja, Beta og Hrönn vinna alla þá vinnu sem framkvæmd er á rannsóknastofu.
 Í undirverkþætti 4.2.1.3. (The influence of the partial pressure of hydrogen and substrate concentration on growth) mun vinnan beinast að þeim vetnisframleiðandi stofnum sem hafa sýnt mestu vetnisframleiðslu (bæði nýtingu og framleiðsluhraða). Þessi vinna mun að mestu vera lokið fyrstu sex mannmánuði verkefnaársins. Meginþungi verkefnavinnunnar á öðru verkefnaári mun snúa að undirverkþætti 4.2.2.2 (hydrolysate experiments from lignocellulosic material – yields and rates of methane production) en undirverkþáttur 4.2.2.3 (continuous culture of selected strains, optimization of hydrogen and methane production) mun ekki hefjast fyrr en á þriðja verkefnaári. Þetta er breyting frá umsókn þar sem sagt var að þessi verkþáttur muni hefjast á öðru verkefnaári en ástæðan fyrir þessari breytingu er að mikilvægt er að afla fullkomnari gagna í lokuðum ræktum áður en farið verður í síræktunarkerfi. Einnig verður unnið að því að klára að einangra stofna (2009 stofnar) og hvarfefnisbreidd þeirra rannsökuð. Þannig mun fást gott yfirlit yfir alla stofna sem einangraðir hafa verið árin 2007 (um 60 stofnar) og 2009 (um 50 stofnar). Unnið verður með samræktir bestu vetnisframleiðandi og metanmyndandi stofna á lignósellulósa. Þannig fást gögn sem notað verður í verkþætti 7 (Feasability study).
 
Í undirverkþætti 4.2.2.4 sem snýr að Sorpu mun Ólafur Finnur Jónsson starfsmaður SORPU og A.G. Hönnun verktakafyrirtæki framkvæma þá vinnu sem snýr að uppsetningu tilraunaaðstöðu og daglegum rekstri hennar, þar með talið stöðluðum mælingum undir leiðsögn yfirverkfræðings, ásamt því að útvega og forvinna hráefni og önnur aðföng til framkvæmdar tilraunanna. Aðstaðan er rekin í tveimur færanlegum gámum í Álfsnesi og tengd mælibúnaði og gashreinsistöð þar. Metanframleiðslustöðin verður prufukeyrð á fyrri hluta verkefnaársins og síðan verða a.m.k. 20 keyrslur með mismunandi úrgangi á síðara hluta tímabilsins. Í upphaflegri verkáætlun var markmiðið að hefja keyra mun fleiri keyrslur en eins og stendur í samningi var ákveðið, vegna niðurskurðar á fyrsta verkefnaári, að eingöngu hanna framleiðslustöðina á fyrsta verkefnaári en síðan hefja keyrslur á öðru ári eins og lýst er hér að ofan. 

Ráðstefna um lífeldsneyti - HÉR
Skýrsla - HÉR
Titill skýrslu: BioFuel – Hydrogen and methane producing extremophiles: Höfundar: Margrét Auður Sigurbjörnsdóttir, Beata Wawiernia, Alicja Tarazewicz & Jóhann Örlygsson.
Rit auðlindadeildar – RA10:03. Útgefandi: Háskólinn á Akureyri, viðskipta- og raunvísindasvið. Útgáfuár: 2010.

Ágrip í skýrslu á íslensku:  Í þessu verkefni var meginmarkmiðið að einangra vetnis- og metanmyndandi, hitakærar bakteríur úr Íslenskum hverum. Farið var í sýnatökuferð vorið 2009 og sýni tekin úr samtals 48 hverum í Grensdal við Hveragerði. Sýni sem mældust með mjög hátt hitastig (> 65°C) var sáð á mismunandi kolefnagjafa (glúkósi, sellulósi (CMC og Avicel) og hýdrólýsöt útbúnum úr whatman sellulósa pappír og grasi með það að meginmarkmiði að einangra öfluga vetnisframleiðandi stofna. Einnig var sýnum sáð úr flestum hverum (bæði lág- og háhitahverum) á ediksýru (20 mM) og H2/CO2 (80/20%) til að einangra metanframleiðandi stofna. Jákvæðum sýnum (framleiðsla á vetni og metan) var umsáð nokkrum sinnum og að lokum bakteríustofnar einangraðir með því að gera þynningarseríur og að lokum var sáð á fast æti (Gelrite) til að fá kólóníur. Lýst er margvíslegum lífeðlisfræðilegum tilraunum, m.a. framleiðslu á etanóli, vetni, ediksýru hjá ófrumbjarga bakteríum á margvíslegum kolefnagjöfum sem og metanmyndun á vetni og koltvísýring með metanbakteríum. Margir áhugaverðir stofnar voru einangraðir og nokkrir þeirra sýndu góða framleiðslugetu á vetni (> 1.5 mól H2/mól hexósu), etanóli (> 1.3 mól etanól/mól hexósu) og metan (> 0.25 mól CH4/mól vetni).

Lyklilorð á íslensku: Vetni, metan, hitakærar bakteríur, loftfirrt

Ágrip í skýrslu á ensku/ English abstract: The main aim of this project was to isolate hydrogen and methane producing thermophilic bacteria from Icelandic hot springs. Forty eight samples were collected from hot spring sin Grensdalur, SW-Iceland in spring 2009. Samples taken at high temperatures (> 65°C) were inoculated at various carbon substrates (glucose, cellulose (CMC and Avicel) and hydrolysates made from Whatman paper and grass) with the main aim to isolate powerful hydrogen producing strains. Samples from both low and high temperature hot springs were also enriched on acetate (20 mM) and H2/CO2 (80/20) to isolate thermophilic methane bacteria. Positive enrichements (production of hydrogen and methane) were reinoculated several times and thereafter, end point dilutions were performed. Finally, pure bacterial strains were obtained on agar (Gelrite). Various physiological experiments were performed, e.g. production of ethanol, hydrogen and acetate by heterotrophic strains and methane production by methanogens. Many interesting strains were obtained and are described. Several of the strains produced > 1.5 mol H2/mol hexose, > 1.3 mol ethanol/mol hexose and > 0.25 mol CH4/mol H2

Lykilorð á ensku/ Keywords: Hydrogen, methane, thermophilic bacteria, anaerobic