Od aspiracji po zyski: wytwarzanie produktów biochemicznych przez biorafinację
23 Nov 2020
Biorafinacja jest kluczowym filarem rosnącego segmentu biogospodarki i polega na przekształcaniu biomasy w różne bioprodukty i składniki, które są następnie wykorzystywane w różnych sektorach, w tym w przemyśle chemicznym. Wykorzystując odnawialne źródła energii, przemysł, w tym rosnący segment produktów biochemicznych, obniża ślad węglowy, opracowując innowacyjne rozwiązania, które zmniejszają skalę wykorzystania surowców kopalnych.
Poprzez biorafinację biomasa jest zamieniana w cenne produkty i składniki powszechnie używane do produkcji żywności czy paszy, a także w przemyśle bioenergetycznym czy chemicznym. Oto najpopularniejsze surowce, z których jest pozyskiwana biomasa:
- rośliny,
- mikroorganizmy,
- odpady organiczne,
- grzyby.
Wymienione surowce się odradzają, to znaczy stosunkowo szybko się namnażają, dlatego zalicza się je zazwyczaj do kategorii źródeł odnawialnych. Surowce pierwszej generacji obejmują cukry i oleje roślinne obecne w plonach, takich jak trzcina cukrowa, kukurydza czy rzepak. Dużo mówi się o kwestii wykorzystania tych plonów do zastosowań innych niż produkcja żywności. Z tego powodu rośnie popyt i presja wywierana na producentów, aby używali surowców drugiej generacji, takich jak elementy uboczne pochodzące z produkcji żywności, przemysłu drzewnego czy upraw leśnych, biomasa zawierająca lignocelulozę, odpady i pozostałości rolne albo nieżywnościowe uprawy energetyczne zajmujące tereny, na których nie można produkować żywności.
Biorafinacja
Biorafinacja obejmuje etapy wyższego szczebla oraz wstępnego przetwarzania, fermentację oraz procesy dolnego szczebla umożliwiające mechaniczne lub termiczne wyizolowanie olejów, tłuszczy, lignocelulozy, białek, skrobi i cukrów na potrzeby produkcji żywności, paszy, biopaliw, biotworzyw oraz do zastosowania w charakterze budulca chemikaliów i biochemikaliów. Wytwarzanie komponentów chemicznych wymaga frakcjonowania surowców na substancje pośrednie, takie jak węglowodany, różne białka albo trójglicerydy, które są następnie zamieniane w lepszej jakości chemikalia wysokowartościowe i tradycyjne pochodzenia biologicznego.
Biorafinacja obejmuje przetwarzanie różnego rodzaju biomasy poprzez wyizolowywanie kluczowych składników i substancji chemicznych w celu ich dalszego wykorzystania w różnych branżach, zmniejszenia śladu CO2 oraz zależności od surowców kopalnych.
Biogospodarka: Gdzie teraz jesteśmy?
W przeszłości biogospodarka była postrzegana jako wzorzec i cel, które są istotne praktycznie wyłącznie w sektorze rolniczym. Dzisiaj jednakże jej rola jest rozumiana zdecydowanie szerzej. Panuje powszechny konsensus, że gospodarka oparta na zrównoważonym wykorzystywaniu odnawialnych źródeł biologicznych, w tym odpadów, powinna być niezbędnym strategicznie elementem w każdym sektorze. Przemysł, przy całej swojej różnorodności, jest pod wielką presją, aby udoskonalić zrównoważenie procesów i produktów wytwarzanych dla konsumentów oraz rynków B2B. Poza tym biorafinacja, w tym wytwarzanie produktów biochemicznych z odnawialnych źródeł energii, odgrywa ważną rolę.
Tradycyjnie niemal wszystkie podstawowe chemikalia są produkowane z ropy naftowej albo płynnych paliw kopalnych i stanowią budulec tworzyw sztucznych, barwników, nawozów oraz wielu innych rodzajów produktów, z których korzystamy od wielu dekad. Dalsze promowanie zasad biogospodarki poprzez produkty biochemiczne albo „białą biotechnologię” wymaga aktywności biznesowej i nakładów inwestycyjnych, ale sprawę utrudnia niska cena ropy naftowej. Trend ten komplikuje opracowywanie modeli wykorzystania odnawialnych surowców, negatywnie wpływając na ich cenę i konkurencyjność. Ponadto wielu inwestorów szuka dowodów na skuteczność inwestycji i wymaga tworzenia instalacji pilotowych, które zagwarantują, że dane rozwiązanie będzie można zastosować w odpowiedniej skali.
Również regulacje, chociaż cenne i ważne ze względu na ochronę konsumentów, mogą sprawić, że pozyskanie pozwoleń rządowych – zwłaszcza w przypadku nowych rodzajów żywności i składników – może być trudne i drogie. W efekcie rozwój biogospodarki wciąż jest zależny od dotacji, a w przypadku ich braku segment się nie rozwija. I chociaż od ostatnich 10-15 lat obserwuje się intensywniejsze prace badawczo-rozwojowe w przemyśle chemicznym, produkcja chemikaliów podstawowych i pomostowych z surowców odnawialnych pozostaje przedsięwzięciem w dużej mierze niekonkurencyjnym.
A mimo to branża biochemiczna znalazła sposób na uporanie się z niektórymi z tych wyzwań. Powstają przedsiębiorstwa ukierunkowane na wybrane łańcuchy wartości, wypełniane są nisze w branży kosmetycznej czy chemikaliów specjalnych i substancji klejących, opracowywane są składniki, które można sprzedać do wykorzystania w innych produktach. Zasadniczo zastępowanie produktów petrochemicznych surowcami odnawialnymi staje się zyskowne, gdy wykorzystujemy te surowce do wytwarzania produktów o wyższej wartości ekonomicznej.
Imponujący wzrost w tym sektorze jest powiązany z kilkoma kluczowymi trendami:
- Rosnąca wśród liderów przemysłu koncentracja na ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych poprzez promowanie rozwiązań polegających na obiegu neutralnych węglowo surowców.
- Rosnąca rentowność biochemikaliów, z których niektóre zapewniają dodatkowe funkcje lub wyższą skuteczność w porównaniu do alternatyw opartych na olejach kopalnych.
- Większe uniezależnienie gospodarcze od krajów tradycyjnie produkujących paliwa oraz cen paliw powiązane z silnym trendem w kierunku „zielonej energii”.
Doświadczenie biorafineryjne GEA oraz jej wkład w rozwój biogospodarki
Rozwiązania GEA oraz doświadczenie w obszarze biorafinacji obejmuje niemal każdy typ zasobów oraz zastosowań przemysłowych, w tym wydajną produkcję biopaliw, przetwarzanie wywarów, produkcję biopolimerów i biotworzyw, a także dodatków i składników żywnościowych i paszowych. Współpracujemy z klientami i różnymi konsorcjami, tworząc i testując modele biorafinacji na potrzeby produkcji odnawialnych surowców do użytku w charakterze budulca biotworzyw, co obejmuje na przykład wykorzystanie mikroglonów w biopestycydach i paszach; produkcja gumy z soku mniszków lekarskich, pozyskiwanie białka z owadów i wykorzystywanie strumieni odpadów z produkcji żywności oraz wiele więcej. Nasi klienci korzystają z udostępnianej przez GEA sieci obsadzonych profesjonalną kadrą ośrodków testowych, obiektów laboratoryjnych i instalacji pilotowych, dzięki czemu możemy ich wspierać podczas rozwijania systemów oraz przechodzenia na produkcję w skali przemysłowej.
GEA dostarcza przemysłowi biochemicznemu kompetencje i rozwiązania w obszarze fermentacji oraz kluczowych procesów niższego szczebla, takie jak:
- separacja biomasy za pomocą wirówki lub filtracji membranowej,
- izolowanie produktu oraz oczyszczanie na drodze destylacji, krystalizacji słodu lub filtracji membranowej,
- zatężanie przez odparowywanie,
- krystalizacja i suszenie produktu końcowego,
- zatężanie i suszenie produktów ubocznych.
Aktualnie GEA dostarcza dekantery, separatory, parowniki i suszarki fluidalne do fabryk biorafinacyjnych kilku kluczowych partnerów przemysłowych na potrzeby wytwarzania produktów biochemicznych następnej generacji. Surowce wykorzystywane do tego typu produkcji ekologicznej są pozyskiwane przed wszystkim z litego drewna, w tym z zarządzanych w sposób zrównoważony lasów, odpadów drzewnych, trzebieży oraz przemysłowego drewna bukowego (normalnie spalanego), a także z pozostałości przekazywanych przez lokalne tartaki. Ponadto GEA wspiera klientów z segmentu bioenergii i biopaliw, które są wytwarzane z cukrów przemysłowych i niepotrzebnych produktów ubocznych.
W 2019 roku GEA pomagała działającej na całym świecie wiodącej firmie biochemicznej z Norwegii w stworzeniu nowej instalacji do ekstrakcji ligniny, organicznego polimeru obecnego w drzewach, roślinach i niektórych glonach. Lignina i sulfonowana lignina są stosowane w domieszkach do betonu, nawozach, przemysłowych substancjach wiążących oraz chemikaliach wykorzystywanych na polach naftowych, ponadto są przydatne do wielu innych celów. Nowa gotowa instalacja do suszenia rozpyłowego wspomaga procesy niższego szczebla, obejmuje między innymi nowy silos do przesyłania magazynowanych proszków do systemu pakującego oraz dużą płuczkę wodną do usuwania kurzu. Zaawansowana technologia płuczki GEA pozwala odzyskiwać cenne substancje, a ciecz płucząca wraca do suszarki rozpyłowej pod postacią wody technologicznej, zwiększając uzysk z produktu i zmniejszając utratę świeżej wody.
Dzięki wsparciu GEA francuska firma biotechnologiczna, założona jako start-up, zwiększa teraz produkcję do skali przemysłowej. Oferujemy użyteczne ośrodki testowe, bogate doświadczenie oraz reputację niezawodnego partnera oraz pomagamy wykorzystywać odpady z produkcji buraka cukrowego do wytwarzania szeregu nowych molekuł o wysokiej wartości dodanej za pomocą opatentowanego procesu fermentacji. Takie kwasy posłużą za budulec produktów chemicznych używanych w branży produkcji żywności, leków, kosmetyków, chemii i agronomii. Nowa instalacja do zatężania i destylacji GEA, zaprojektowana specjalnie z myślą o fermentowanych produktach opartych na celulozie, zostanie oddana do użytkowania w 2021 roku.
