Quando la redditività non è più un sogno: prodotti biochimici ottenuti mediante bioraffinazione
23 Nov 2020
La bioraffinazione è uno dei cardini della crescente bioeconomia e consiste nella conversione della biomassa in diversi prodotti e componenti derivati da fonti rinnovabili (bio-based) da utilizzare in diversi settori, tra cui l'industria chimica. Sfruttando le risorse rinnovabili, l'industria, compreso il crescente segmento dei prodotti chimici bio-based, sta riducendo la propria impronta di CO2 sviluppando innovazioni che limitano l'uso di materie prime fossili.
Attraverso la bioraffinazione, la biomassa viene trasformata in prodotti e componenti di valore, oggi ampiamente utilizzati nell'industria alimentare, dei mangimi, bioenergetica e chimica. Le materie prime più comuni da cui si ricava biomassa sono:
- piante
- microorganismi
- rifiuti organici
- funghi
Poiché queste materie prime sono rigenerative, cioè si reintegrano in tempi relativamente brevi, rientrano generalmente nella categoria delle risorse rinnovabili. Le materie prime di prima generazione comprendono zuccheri e oli vegetali che si trovano nelle piante da coltura, come la canna da zucchero, il mais o la colza (ovvero i semi di colza). Esiste un acceso dibattito sulla conversione di queste risorse vegetali a usi diversi dalla produzione alimentare. Per questo motivo, aumentano la domanda e le pressioni sui produttori per l'utilizzo di materie prime di seconda generazione, come i flussi reflui della produzione alimentare, dell'industria del legno, la biomassa lignocellulosica o le colture legnose, i residui o i rifiuti agricoli, o di colture energetiche dedicate non alimentari provenienti da terreni marginali inadatti alla produzione alimentare.
Il processo di bioraffinazione
Il processo di bioraffinazione comprende le fasi a monte e di pretrattamento, una fase di fermentazione e poi processi a valle per isolare meccanicamente o termicamente oli, grassi, lignocellulosa, proteine, amidi e zuccheri, per l'uso in alimenti, mangimi, bioplastiche, biocombustibili e come elementi costitutivi di prodotti chimici e biochimici. La produzione di componenti chimici richiede il frazionamento delle materie prime in prodotti intermedi, come carboidrati, proteine varie o trigliceridi, che vengono poi ulteriormente convertiti in prodotti chimici convenzionali e fini a base biologica di valore aggiunto.
La bioraffinazione consiste nella trasformazione di diverse risorse di biomassa per isolare i componenti chiave e le sostanze chimiche da utilizzare in diversi settori industriali, riducendo le emissioni di CO2 dell'industria e la dipendenza dalle materie prime fossili.
Bioeconomia: a che punto siamo?
In passato, la bioeconomia era vista quasi esclusivamente come un punto di riferimento e un'aspirazione per il settore agricolo. Oggi, tuttavia, la sua importanza è intesa in modo molto più globale ed è opinione diffusa che un'economia basata sull'uso sostenibile delle risorse biologiche rinnovabili, inclusi i rifiuti, sia la strategia necessaria per tutti i settori. L'industria, con le sue molteplici applicazioni, è quindi sottoposta a forti pressioni per migliorare la sostenibilità dei suoi processi e dei suoi prodotti destinati sia ai mercati di consumo che B2B. Pertanto, la bioraffinazione, insieme alla produzione di prodotti chimici bio-based da risorse rinnovabili, riveste un ruolo importante.
Tradizionalmente, quasi tutti i prodotti chimici di base venivano prodotti dal petrolio greggio, o combustibile fossile liquido, per andare a costituire i componenti costitutivi di plastica, coloranti, fertilizzanti e molti altri prodotti da cui dipendiamo da decenni. L'ulteriore implementazione della bioeconomia attraverso prodotti chimici bio-based o la "biotecnologia bianca" richiede sforzi e investimenti imprenditoriali che sono fortemente influenzati dal basso prezzo del petrolio greggio. Questa tendenza crea barriere allo sviluppo di modelli scalabili per l'utilizzo di materie prime rinnovabili, che incidono sui prezzi e sulla competitività. Allo stesso modo, molti investitori vogliono avere prove di fattibilità e impianti pilota che dimostrino la scalabilità.
Inoltre le normative, sebbene preziose e importanti per la tutela dei consumatori, possono rendere difficile e costoso l'ottenimento di autorizzazioni governative, soprattutto quando si tratta di nuovi alimenti o ingredienti. Di conseguenza, gran parte della bioeconomia è ancora basata sulle sovvenzioni o insufficientemente sviluppata. E nonostante l'intensificazione delle attività di ricerca e sviluppo dell'industria chimica negli ultimi 10-15 anni, anche la produzione di prodotti chimici di base e di piattaforma derivati da materie prime rinnovabili è rimasta in gran parte non competitiva.
Detto questo, l'industria biochimica ha trovato il modo di superare alcune di queste sfide con imprese focalizzate su catene di valore selezionate, occupando nicchie di mercato come quelle dei cosmetici, dei prodotti chimici speciali e degli adesivi o sviluppando componenti commercializzabili per l'uso in altri prodotti. Nel complesso, la sostituzione dei prodotti petrolchimici con materie prime rinnovabili è diventata redditizia se utilizzata come base per la realizzazione di prodotti di maggiore valore economico.
La straordinaria crescita di questo settore è legata a diverse tendenze di fondo:
- la maggiore attenzione tra i leader del settore alla riduzione delle emissioni di gas serra attraverso economie circolari che utilizzano materie prime a zero emissioni di CO2
- l'aumento della redditività commerciale delle sostanze chimiche bio-based, alcune delle quali offrono funzionalità aggiuntive o migliori prestazioni rispetto alle alternative a base di petrolio fossile
- la maggiore indipendenza economica dai tradizionali paesi produttori di petrolio e dal prezzo del petrolio, combinata con una forte tendenza verso una "energia verde".
Le credenziali di GEA in materia di bioraffinazione e il suo contributo alla bioeconomia
Le soluzioni GEA e la sua esperienza nella bioraffinazione abbracciano quasi ogni tipo di risorsa rinnovabile e applicazione industriale, compresi la produzione efficiente di biocombustibili e il trattamento dei residui di lavorazione, i biopolimeri e le bioplastiche, nonché componenti e ingredienti per l'industria alimentare e dei mangimi. Abbiamo collaborato con clienti e diversi consorzi per stabilire e testare modelli di bioraffinazione per: produrre acidi da materie prime rinnovabili da utilizzare come elementi costitutivi delle bioplastiche, ad esempio; sfruttare le microalghe per l'uso nei biopesticidi e nei mangimi; produrre gomma estratta dai denti di leone, proteine da insetti e flussi reflui dalla produzione alimentare e molto altro. I nostri clienti beneficiano della rete GEA di centri di prova, laboratori e impianti pilota con personale qualificato, con cui possiamo supportarli nel loro percorso per passare alla produzione industriale.
La competenza e le soluzioni di GEA per l'industria chimica bio-based coprono aspetti della fermentazione e dei processi chiave a valle tra cui:
- separazione di biomasse mediante centrifuga o filtrazione a membrana
- isolamento dei prodotti e purificazione mediante distillazione, cristallizzazione da fusione o filtrazione a membrana
- concentrazione mediante evaporazione
- cristallizzazione ed essiccazione del prodotto finale
- concentrazione ed essiccazione dei sottoprodotti
GEA fornisce attualmente decanter, separatori, evaporatori ed essiccatori a letto fluido alle fabbriche di bioraffinazione di diversi importanti partner industriali per la produzione di bio-chimici di nuova generazione. Le materie prime per questa produzione ecologica provengono principalmente da legno massiccio di foreste gestite in modo sostenibile, scarti di legno, diradamenti e faggio industriale (normalmente incenerito), nonché residui di segherie regionali. GEA supporta inoltre i clienti nella produzione di bioenergia e biocombustibili generati dagli zuccheri industriali e dai flussi secondari di residui.
Nel 2019 GEA ha supportato un'azienda biochimica norvegese, leader a livello mondiale, nell'installazione di un nuovo impianto per la produzione di lignina, un polimero organico che si trova negli alberi, nelle piante e in alcune alghe. La lignina e i ligninsolfonati sono utilizzati negli additivi per calcestruzzo, nei fertilizzanti, nei leganti industriali, nei prodotti chimici per i giacimenti petroliferi e in una serie di altre applicazioni. Il nuovo impianto chiavi in mano per lo spray drying supporta i processi a valle e comprende un nuovo silo per alimentare al sistema di confezionamento i materiali in polvere immagazzinati e un grande scrubber a umido per rimuovere la polvere. L'avanzata tecnologia degli scrubber GEA consente il recupero di sostanze preziose e il liquido di depurazione viene riconvogliato allo spray dryer come acqua di processo, aumentando la resa totale del prodotto e riducendo il consumo di acqua dolce.
Un'azienda biotecnologica francese, lanciata come start-up, sta ora passando alla produzione industriale con il supporto di GEA. Scelti per le grandi capacità del nostro centro di prova, la nostra vasta esperienza e la nostra reputazione di affidabilità, la stiamo aiutando a utilizzare gli scarti della produzione di barbabietole da zucchero per creare una serie di nuove molecole ad alto valore aggiunto attraverso un processo di fermentazione brevettato. Questi acidi diventeranno gli elementi costitutivi dei prodotti chimici utilizzati nell'industria alimentare, farmaceutica, cosmetica, chimica e agronomica. Il nuovo impianto di concentrazione e distillazione GEA, progettato appositamente per i prodotti fermentati a base di cellulosa, entrerà in funzione nel 2021.
