Juliana Naudé, 'n meestersgraadstudent in Biohulpbron-ingenieurswese aan die Departement Chemiese Ingenieurswese aan die Universiteit Stellenbosch, doen navorsing oor die valorisering van afvalpapier deur bio-etanol-fermentasie en anaërobiese vertering (AD). Haar projek het ten doel om te identifiseer watter van vier tipes afvalpapier die geskikste is vir hierdie bio-omskakelingsprosesse en om hul gebruik in ondergedompelde fermentasiekonfigurasies te optimaliseer. Die doel is om prosesparameters soos etanolkonsentrasie, opbrengs en volumetriese produktiwiteit te verbeter, en uiteindelik 'n bioraffinaderykonsep te gebruik waar fermentasieresidue in AD gebruik word.

Die navorsingsdoelwitte fokus op die bepaling van die geskiktheid van die vier afvalpapiertipes as grondstowwe vir bio-omskakeling. Dit behels die sifting van die afvalpapier deur middel van ensiematiese vertering, kleinskaalse fermentasie, kleinskaalse AD en die karakterisering daarvan deur samestellingsanalises. Juliana se werk behels verder die identifisering van die mees effektiewe fermentasiekonfigurasie en die optimalisering van prosesparameters, gevolg deur anaërobiese vertering van beide rou substrate en fermentasieresidue. Die studie maak gebruik van giste wat beide heksosesuikers (glukose) en pentosesuikers (xilose) kan fermenteer, tesame met sellulase-afskeiding.

Suid-Afrika het sedert 2017 'n afvalpapierversamelings- en herwinningskoers van meer as 60% gehandhaaf (PAMSA, 2023). Die kapasiteit van verskeie stortingsterreine bly egter afneem, met sommige wat na verwagting minder as 30 jaar se kapasiteit oor het, en ander so min as 10 jaar, soos in 2018 gerapporteer (Departement van Omgewingsake, 2018). Alhoewel pogings tot die versameling en herwinning van afvalpapier voortduur, ontwrig die teenwoordigheid van bymiddels soos aluminium, plastieklaminate en oppervlakbedekkings in sekere papierstrome herwinningsprosesse, wat sommige afvalpapierstrome onherwinbaar maak (Ciobanu et al., 2024; PAMSA, 2023).

Juliana se studie fokus op hierdie moeilik-herwinbare afvalpapierstrome, wat tans as deel van haar navorsing gebruik word. Konvensionele behandelingsmetodes vir onherwinbare afvalpapier sluit in uitvoer, storting en verbranding – praktyke wat bydra tot lug- en waterbesoedeling (Departement van Omgewingsake, 2018). In teenstelling hiermee bied fermentasie en AD alternatiewe behandelingspaaie wat die afhanklikheid van tradisionele metodes verminder terwyl hoëwaarde-chemikalieë en alternatiewe energiebronne geproduseer word.

Biogas wat uit AD gegenereer word, kan vir kook of as 'n hittebron gebruik word en kan verder verryk word tot biometaan vir gebruik as motorbrandstof. Boonop is bio-etanol wat deur hierdie prosesse geproduseer word, 'n waardevolle chemikalie wat as 'n grondstofchemikalie in die farmaseutiese industrie of as 'n brandstoftoevoeging kan dien. Deur etanolfermentasie en AD opeenvolgend te integreer, waar residue van fermentasie in AD verwerk word, benut die projek 'n bioraffinaderykonsep. Hierdie benadering maksimeer nie net die valorisering van afvalpapier nie, maar verbeter ook die volhoubaarheid van die prosesse deur te verseker dat residue en afvalwater van fermentasie verder in AD benut word. Daarbenewens kan die biogas as 'n bron van prosesenergie vir distillasie of in 'n gekombineerde hitte-en-krag (CHP)-konfigurasie gebruik word.

Juliana se navorsing beklemtoon die potensiaal van innoverende bioomskakelingsprosesse om afvalbestuursuitdagings aan te spreek terwyl dit bydra tot die produksie van waardevolle chemikalieë en volhoubare energie-oplossings.

Studieleier: Prof. Eugéne van Rensburg – Departement Chemiese Ingenieurswese, Universiteit Stellenbosch

Medestudieleier: Prof. Johann Görgens – Departement Chemiese Ingenieurswese, Universiteit Stellenbosch