من الطموح إلى الربحية: إنتاج المواد الكيميائية الحيوية من خلال معمل التكرير الحيوي
23 Nov 2020
يعد التكرير الحيوي ركيزة أساسية للاقتصاد الحيوي المتنامي، ويتضمن تحويل الكتلة الحيوية إلى منتجات ومكونات حيوية متنوعة للاستخدام في قطاعات عديدة، بما في ذلك صناعة الكيماويات. من خلال الاستفادة من الموارد المتجددة، تعمل الصناعة، بما في ذلك القطاع المتنامي للكيماويات القائمة على عناصر حيوية، على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال تطوير ابتكارات جديدة تقلل من استخدام المواد الأولية الأحفورية.
فمن خلال التكرير الحيوي، يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى منتجات ومكونات قيمة، وهي تُستخدم على نطاق واسع اليوم في الصناعات الغذائية والأعلاف والطاقة الحيوية والصناعات الكيماوية. المواد الأولية الأكثر شيوعًا التي يتم اشتقاق الكتلة الحيوية منها هي:
- النباتات
- الكائنات الدقيقة
- النفايات العضوية
- الفطريات
نظرًا لأن هذه المواد الأولية قابلة للتجديد، يعني أنها تتجدد بسرعة نسبيًا، فإنها تندرج عادةً ضمن فئة الموارد المتجددة. يشمل الجيل الأول من المواد الأولية السكريات والزيوت النباتية الموجودة في المحاصيل، مثل قصب السكر أو الذرة أو الكانولا (أي بذور اللفت). هناك جدل واسع حول تحويل موارد المحاصيل هذه لاستخدامات أخرى غير إنتاج الغذاء. ولهذا السبب، يوجد طلب وضغط متزايدان على الشركات المُصنعة لاستخدام المواد الأولية من الجيل الثاني مثل تيارات النفايات من إنتاج الغذاء أو صناعة الأخشاب أو الكتلة الحيوية اللجينية أو المحاصيل الخشبية، أو المخلفات الزراعية أو النفايات، أو المحاصيل المخصصة للطاقة غير الغذائية المزروعة على الأرض الهامشية غير الصالحة لإنتاج الأغذية.
معالجة معمل التكرير الحيوي
تتضمن معالجة معمل التكرير الحيوي مرحلة أولية ومرحلة ما قبل المعالجة، وخطوة التخمير ثم المعالجات النهائية لعزل الزيوت والدهون واللينوسليلوز والبروتينات والنشويات والسكريات ميكانيكياً أو حرارياً، لاستخدامها في الأغذية والأعلاف والوقود الحيوي والبلاستيك الحيوي وكلبنات أساسية للمواد الكيميائية والمواد الكيميائية الحيوية. يتطلب إنتاج كتل البناء الكيميائية القيام بتجزئة المواد الأولية إلى مواد وسيطة، مثل الكربوهيدرات، والبروتينات المختلفة أو الدهون الثلاثية، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى مواد كيميائية دقيقة وتقليدية ذات قيمة مضافة.
يتضمن التكرير الحيوي معالجة موارد الكتلة الحيوية المتنوعة لعزل المكونات الرئيسية والمواد الكيميائية لاستخدامها في مختلف الصناعات، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الصناعة والاعتماد على المواد الأولية الأحفورية.
الاقتصاد الحيوي: أين نحن الآن؟
في الماضي، كان يُنظر إلى السعي وراء الاقتصاد الحيوي بشكل حصري تقريبًا على أنه تطلع وطموح للقطاع الزراعي. ومع ذلك، أصبحت أهميته اليوم مفهومة بشكل أكثر شمولية، ومن المتفق عليه على نطاق واسع أن الاقتصاد القائم على الاستخدام المستدام للموارد الحيوية المتجددة، بما في ذلك النفايات، هو استراتيجية ضرورية لجميع القطاعات. وبالتالي، فإن الصناعة، بتطبيقاتها العديدة، تتعرض لضغوط شديدة من أجل تحسين استدامة معالجاتها ومنتجاتها المُصنعة لأسواق المستهلكين وأسواق التجارة بين التاجر والمستهلك. لذلك، يلعب التكرير الحيوي، بما في ذلك إنتاج الكيماويات القائمة على عناصر حيوية من الموارد المتجددة، دورًا بالغ الأهمية.
سابقًا، تم إنتاج جميع المواد الكيميائية الأساسية تقريبًا من النفط الخام، أو الوقود الأحفوري السائل، مشكلًا كتل البناء في البلاستيك، والملونات، والأسمدة، والعديد من الأنواع الأخرى من المنتجات التي اعتمدنا عليها لعقود. يتطلب تطبيق الاقتصاد الحيوي بشكل أكبر من خلال الكيماويات القائمة على عناصر حيوية أو "التكنولوجيا الحيوية البيضاء" جهودًا واستثمارات من رواد الأعمال، والتي تتأثر بشدة بانخفاض أسعار النفط الخام. يخلق هذا الاتجاه حواجز أمام تطوير نماذج قابلة للتوسعة لاستخدام المواد الأولية المتجددة، مما يؤثر على الأسعار والقدرة التنافسية. وبالمثل، يرغب العديد من المستثمرين في رؤية دليل على المفهوم بالإضافة إلى منشآت توضيحية لإثبات قابلية التوسع.
كما أن اللوائح، على الرغم من قيمتها وأهميتها لحماية المستهلكين، يمكن أن تجعل الحصول على الموافقات الحكومية - خاصة عندما يتعلق الأمر بأغذية أو مكونات جديدة - أمرًا صعبًا ومكلفًا. ونتيجة لذلك، فإن جانبًا كبيرًا من الاقتصاد الحيوي لا يزال مدفوعًا بالدعم أو قيد التطوير. وعلى الرغم من تكثيف البحث والتطوير في الصناعة الكيميائية خلال السنوات العشر إلى الخمسة عشر الماضية، إلا أن إنتاج المواد الكيميائية الأساسية والفرعية المصنوعة من المواد الخام المتجددة ظل أيضًا غير قادر على المنافسة إلى حد كبير.
ومع ذلك، فقد وجدت صناعة المواد الكيميائية الحيوية طرقًا للتغلب على بعض هذه التحديات من خلال تشكيل شركات تركز على سلاسل القيمة المحددة، أو ملء منافذ في مستحضرات التجميل أو المواد الكيميائية والمواد اللاصقة المتخصصة أو تطوير كتل البناء التي يمكن بيعها للاستخدام في منتجات أخرى. وبشكل عام، أصبح استبدال المنتجات البتروكيماوية بمواد خام متجددة مربحًا عند استخدامها كأساس لصنع منتجات ذات قيمة اقتصادية أعلى.
يرتبط النمو المذهل في هذا القطاع بعدة اتجاهات رئيسية:
- زيادة التركيز بين قادة الصناعة على الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من خلال اعتناق توفير دائري باستخدام المواد الأولية المحايدة لثاني أكسيد الكربون
- زيادة الجدوى التجارية للكيماويات القائمة على عناصر حيوية، والتي يوفر بعضها وظائف إضافية أو أداءً أفضل مقارنة بالبدائل القائمة على النفط الأحفوري
- الاستقلال الاقتصادي الأكبر عن البلدان المنتجة للنفط وعن أسعار النفط مع الميل القوي نحو "الطاقة الخضراء"
اعتمادات معمل التكرير الحيوي من GEA ومساهمته في الاقتصاد الحيوي
تغطي حلول GEA وخبرتها في معامل التكرير الحيوي كل أنواع الموارد المتجددة وتطبيقات الصناعة تقريبًا، بما في ذلك الإنتاج الفعال لـ الوقود الحيوي ومعالجة الصرف، البوليمرات الحيوية والبلاستيك الحيوي، بالإضافة إلى مقومات ومكونات الصناعات الغذائية والأعلاف. لقد اشتركنا مع العملاء واتحادات متنوعة لإنشاء واختبار نماذج معامل التكرير الحيوي من أجل: إنتاج الأحماض من المواد الأولية المتجددة لاستخدامها ككتل بناء في البلاستيك الحيوي، على سبيل المثال؛ الاستفادة من الطحالب الدقيقة لاستخدامها في المبيدات الحيوية والأعلاف؛ انتاج المطاط المستخرج من الهندباء والبروتين من الحشرات وتدفقات النفايات من إنتاج الأغذية، وغير ذلك الكثير. يستفيد عملاؤنا من شبكة GEA لمراكز الاختبار المزودة بطاقم احترافي ومرافق المختبرات والمنشآت الصناعة التجريبية، والتي تمكننا من دعمهم أثناء تقدمهم وتحولهم إلى الإنتاج الصناعي.
تغطي كفاءة وحلول GEA الخاصة بصناعة الكيماويات القائمة على عناصر حيوية جوانب التخمير والمعالجات النهائية الرئيسية، بما في ذلك:
- فصل الكتلة الحيوية من خلال الطرد المركزي أو الترشيح بالغشاء
- عزل وتنقية المنتج من خلال التقطير أو التبلور الذائب أو الترشيح بالغشاء
- التركيز من خلال التبخير
- بلورة وتجفيف المنتج النهائي
- تركيز وتجفيف المنتجات الثانوية
توفر GEA حاليًا الدوارق وآلات الفصل والمبخرات ومجففات قاعية للسوائل لمصانع التكرير الحيوي للعديد من الشركاء الصناعيين الرئيسيين لإنتاج الجيل التالي من المواد الكيميائية الحيوية. يتم الحصول على المواد الخام لهذا الإنتاج الأخضر بشكل أساسي من الأخشاب الصلبة من الغابات المدارة بشكل مستدام، نفايات الأخشاب، التوسيعات النباتية، وخشب الزان الصناعي (الذي يتم حرقه عادة)، وكذلك البقايا من المناشر الإقليمية. تدعم GEA العملاء أيضًا في إنتاج الطاقة الحيوية والوقود الحيوي، اللذين يتم إنتاجهما من السكريات الصناعية والتدفقات الجانبية المتبقية.
في عام 2019، دعمت GEA رائدًا عالميًا نرويجياً في المواد الكيميائية الحيوية في تركيب منشأة جديدة لإنتاج اللجنين، وهو بوليمر عضوي يوجد في الأشجار والنباتات وبعض الطحالب. تُستخدم مادة اللجنين وسلفونات اللجنين في خلطات الخرسانات والأسمدة والمواد الرابطة الصناعية والمواد الكيميائية لحقول النفط ومجموعة من التطبيقات الأخرى. تدعم المنشأة المتكاملة والجاهزة للتسليم الجديدة الخاصة بالتجفيف بالرش المعالجات النهائية، والتي تتضمن صومعة جديدة لتغذية مواد المسحوق المخزنة في نظام التعبئة وجهاز تنقية رطب كبير لإزالة الغبار. تتيح تكنولوجيا أجهزة التنقية المتقدمة من GEA استرداد المواد القيمة وإعادة سائل الغسيل إلى المجفف بالرش كمياه معالجة، مما يزيد من إجمالي إنتاج المنتج، ويقلل من استهلاك المياه العذبة.
تعمل شركة تكنولوجيا حيوية فرنسية، تم إطلاقها كشركة ناشئة، الآن على توسيع نطاق الإنتاج الصناعي بدعم من GEA. وقد تم اختيارنا لقدرات مركز الاختبار القوي الخاص بنا وخبرتنا الواسعة وسمعتنا بالموثوقية، ونساعدهم على التخلص من نفايات إنتاج البنجر السكري لصنع مجموعة من الجزيئات الجديدة ذات القيمة المضافة العالية عبر عملية تخمير حاصلة على براءة اختراع. ستشكل هذه الأحماض كتل البناء للمنتجات الكيميائية المستخدمة في الصناعات الغذائية والصيدلية ومستحضرات التجميل والكيماويات والصناعات الزراعية. منشأة التركيز والتقطير الجديدة من GEA، المصممة خصيصًا للمنتجات المخمرة القائمة على السليلوز، ستبدأ العمل في عام 2021.
