Путь к рентабельности: производство биохимических продуктов путем переработки биологических веществ
23 Nov 2020
Переработка биологических веществ является важнейшей основой развивающейся биоэкономики и включает в себя преобразование биомассы в разнообразные биопродукты и компоненты для использования в различных секторах, в том числе в химической промышленности. Используя возобновляемые ресурсы, промышленность, в том числе развивающаяся биохимическая отрасль, снижает выбросы CO2 за счет разработки и внедрения инноваций, позволяющих снизить использование исходного сырья.
Посредством переработки биологических веществ биомасса превращается в ценные продукты и компоненты, широко используемые сегодня в пищевой, кормовой, биоэнергетической и химической промышленности. Наиболее распространенное исходное сырье, из которого получают биомассу:
- растения
- микроорганизмы
- органические отходы
- грибы
Поскольку это исходное сырье является восстанавливаемым, то есть пополняется относительно быстро, оно, как правило, попадает в категорию возобновляемых ресурсов. Исходное сырье первичной выработки включает в себя сахара и растительные масла, содержащиеся в таких культурах, как сахарный тростник, кукуруза или канола (т. е. семена рапса). Широко обсуждается вопрос об использовании ресурсов этих культур в других целях, помимо производства продуктов питания. По этой причине возрастает спрос и давление на производителей, вынуждающее их использовать исходное сырье вторичной выработки, например, отходы пищевой и деревообрабатывающей промышленности, лигноцеллюлозную биомассу или древесные культуры, сельскохозяйственные отходы или специальные непродовольственные энергетические культуры, выращиваемые на малоплодородных землях и непригодные для производства продуктов питания.
Процесс переработки биологических веществ
Процесс переработки включает в себя этапы подготовки и предварительной обработки, этап ферментации и постферментационные этапы механического или термического отделения масел, жиров, лигноцеллюлозы, белков, крахмала и сахаров для использования в пищевой и кормовой промышленности, в производстве биотоплива, биопластика, а также в качестве «строительных блоков» для химических и биохимических продуктов. Производство химических структурных элементов требует фракционирования исходного сырья на такие промежуточные продукты, как углеводы, различные белки или триглицериды, которые затем преобразуются в химические продукты тонкого синтеза и традиционные химические продукты с более высокой добавленной стоимостью.
Переработка биологических веществ включает в себя переработку различных ресурсов биомассы с целью выделения ключевых компонентов и химических веществ для использования в различных отраслях промышленности, что позволяет сократить выбросы CO2 в окружающую среду и снизить зависимость от исходного сырья.
Биоэкономика: На какой стадии развития?
В прошлом стремление к развитию биоэкономики рассматривалось почти исключительно в разрезе сельскохозяйственного сектора. Однако, сегодня ее значение понимается гораздо более комплексно, при этом широко признается, что экономика, основанная на устойчивом использовании возобновляемых биологических ресурсов, включая отходы, является необходимой стратегией для всех секторов. Поэтому промышленность, с ее многочисленными сферами применения, находится под исключительным давлением, направленным на повышение экологичности технологических процессов и продуктов, которые она создает как для потребительского рынка, так и для бизнес-сегмента. Поэтому важную роль играет переработка биологических веществ, в том числе производство биохимикатов из возобновляемых ресурсов.
Традиционно почти все основные химические вещества производятся из сырой нефти или жидкого ископаемого топлива, в качестве структурных элементов пластмасс, красителей, удобрений и многих других видов продукции, от которых мы зависели десятилетиями. Дальнейшее внедрение биоэкономики на основе биохимикатов или «белой биотехнологии» требует предпринимательских усилий и инвестиций, на которые в значительной степени влияет низкая цена на сырую нефть. Эта тенденция создает препятствия для разработки масштабируемых моделей использования возобновляемого сырья, что влияет на ценообразование и конкурентоспособность. Аналогичным образом, многие инвесторы хотят видеть доказательства правильности концепции, а также демонстрационные установки для подтверждения возможностей масштабирования.
Нормативные акты также, хотя они ценны и важны для защиты потребителей, могут приводить к тому, что получение государственных разрешений, особенно в случае новых продуктов питания или ингредиентов, будет затруднительным и дорогостоящим процессом. В результате этого значительная часть биоэкономики до сих пор зависит от субсидий или остается недостаточно развитой. И, несмотря на активизацию научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в химической промышленности за последние 10-15 лет, производство химических продуктов основного синтеза и интермедиатов из возобновляемого сырья также оставалось в значительной степени неконкурентоспособным.
Тем не менее, биохимическая промышленность нашла пути для преодоления некоторых из этих проблем, формируя предприятия, сосредоточенные на избранных производственно-технологических связях, заполняя ниши в производстве косметических средств или специальных химикатов и клеев или разрабатывая структурные элементы, которые могут реализовываться для использования в других продуктах. В целом, замена продуктов нефтехимии на возобновляемое сырье стала рентабельной при использовании ее в качестве основы для производства продукции, имеющей более высокую экономическую ценность.
Впечатляющий рост в этом секторе связан с несколькими ключевыми тенденциями:
- Повышение внимания ведущих отраслевых предприятий к сокращению выбросов парниковых газов за счет развития экономики замкнутого цикла, использующей сырье без выбросов CO2
- Повышение коммерческой жизнеспособности биохимикатов, некоторые из которых обладают дополнительными функциональными возможностями или более высокой эффективностью по сравнению с альтернативными продуктами на основе ископаемого топлива
- Более высокая экономическая независимость от традиционных нефтедобывающих стран и цены на нефть в сочетании с тенденцией к увеличению использования «природосберегающей возобновляемой энергии».
Успехи компании GEA в разработке технологий для переработки биологических веществ и вклад в биоэкономику
Решения компании GEA и ее опыт в области технологий для переработки биологических веществ охватывают практически все виды возобновляемых ресурсов и промышленного применения, включая эффективное производство биотоплива и продуктов дистилляция, биополимеров и биопластиков, а также компонентов и ингредиентов для пищевой и комбикормовой промышленности. Мы сотрудничаем с клиентами и различными консорциумами с целью создания и апробирования моделей биопереработки, например, для производства кислот из возобновляемого исходного сырья для использования в качестве структурных элементов биопластиков, применения микроводорослей в биопестицидах и кормах, получения каучука из одуванчиков, белка из насекомых и переработки отходов производства продуктов питания и многого другого. Наши клиенты могут пользоваться всеми преимуществами, предоставляемыми им сетью испытательных центров и лабораторий, в которых трудятся высококвалифицированные специалисты, а также опытными установками компании GEA, на основе которых мы оказываем им помощью в процессе их развития и перехода на промышленное производство.
Опыт и решения компании GEA для биохимических производств охватывают аспекты ферментации и ключевые постферментационные этапы технологического процесса, включая:
- разделение биомассы с помощью центрифуг или посредством мембранной фильтрации
- выделение и очистке продуктов путем дистилляции, кристаллизации из расплава или мембранной фильтрации
- концентрирование посредством выпаривания
- кристаллизацию и сушку конечного продукта
- концентрирование и сушку побочных продуктов
В настоящее время GEA поставляет декантеры, сепараторы, испарители и сушилки в псевдоожиженном слое для биоперерабывающих предприятий нескольких ключевых промышленных партнеров по производству биохимикатов следующего поколения. Сырье для этого экологически безопасного производства получается в основном из твердых пород древесины, заготавливаемой в управляемых на основе экологически ответственного подхода лесных хозяйствах, из древесных отходов, щепы и леса-плавника (обычно сжигаемых), а также из отходов местных лесопильных заводов. GEA также поддерживает клиентов при производстве биоэнергии и биотоплива из технических сахаров и побочных производственных продуктов.
В 2019 году компания GEA оказала поддержку норвежскому предприятию, являющемуся мировым лидером в биохимической отрасли, в установке нового завода по производству лигнина — органического полимера, содержащегося в деревьях, растениях и некоторых водорослях. Лигнин и лигносульфонаты используются в производстве добавок к бетону, удобрений, связующих веществ промышленного назначения, реагентов для добычи нефти и в ряде других сфер применения. Новая установка «под ключ» для сушки распылением поддерживает последующие этапы технологического процесса, которые включают в себя новый бункер для подачи накопленных порошковых материалов в систему упаковки и крупногабаритный скруббер с водяным орошением для удаления пыли. Передовая технология GEA на основе применения скрубберов позволяет восстанавливать ценные вещества, при этом промывочная жидкость возвращается в распылительную сушилку в качестве технологической воды, увеличивая общий выход продукта и снижая отбор пресной воды.
Французская биотехнологическая компания, запущенная как стартап, в настоящее время наращивает масштабы промышленного производства при поддержке компании GEA. Выбранная благодаря широким возможностям испытательного центра, богатому опыту и репутации надежного партнера, компания GEA помогает французской биотехнологической компании использовать отходы производства сахарной свеклы для получения ряда новых, обладающих высокой добавленной стоимостью молекул на основе запатентованного процесса ферментации. Эти кислоты станут структурными элементами химических продуктов, используемых в пищевой, фармацевтической, косметической, химической промышленности и в сельском хозяйстве. Новая установка GEA для концентрирования и дистилляции, специально разработанная для ферментированных продуктов на основе целлюлозы, будет введена в эксплуатацию в 2021 году.
