Drewno może stać się przyjaznym dla środowiska substratem w produkcji chemikaliów
Drewno składa się z cennych związków, które mogą stać się surowcami w produkcji opartych na biomasie chemikaliów, materiałów i paliw. Znajdują się one jednak w macierzy włókna drzewnego, co utrudnia ich pozyskiwanie. Na przykład cukry obecne w postaci celulozy i hemicelulozy nie mogą być wykorzystane w niezmienionej formie w produkcji etanolu i butanolu. Ponadto złożona struktura ligniny zależy od rodzaju i wieku samego drewna. Lignina znajduje zastosowanie nie tylko w produkcji ciepła czy elektryczności, ale także innych produktów końcowych lub produktów ubocznych, takich jak biospoiwa węglanowe. Celem finansowanego ze środków UE projektu BIOFOREVER było udowodnienie wykonalności utworzenia biorafinerii w UE produkującej cukry lignocelulozowe, ligninę/lignosulfonian i inne (pochodne) produkty, w tym spoiwa węglanowe, enzymy, etanol, butanol, kwas 2,5-furanodikarboksylowy (FDCA), nanocelulozy i kwasy żywiczne. Zespół otrzymał dofinansowanie ze Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Bioprzemysłu, publiczno-prywatnej inicjatywy UE i przemysłu.
Badanie łańcuchów wartości
W skład zespołu projektu BIOFOREVER wchodziło 14 wiodących podmiotów przemysłowych zajmujących się dostawą substratów, obróbką wstępną, przetwarzaniem, modelowaniem techniczno-ekonomicznym i projektowaniem procesów oraz badaniem i rozwojem rynku. „Skupiliśmy się na odpadach drzewnych, między innymi ze świerku i topoli, a także oceniliśmy inne substraty lignocelulozowe, aby rozpoznać najbardziej opłacalne i zrównoważone łańcuchy wartości”, mówi koordynatorka projektu, Adriana Contin. Konsorcjum udowodniło potencjał biomasy z lignocelulozy jako substratu w przemyśle chemicznym, tworząc kilka nowych konkurencyjnych kosztowo i zrównoważonych łańcuchów wartości opartych na różnych źródłach substratów lignocelulozowych. „Na podstawie uzyskanych rezultatów opracowaliśmy optymalne kombinacje substratów, technologii stosowanych w biorafineriach, produktów końcowych i rynków, a następnie z powodzeniem wdrożyliśmy te łańcuchy wartości w biorafineriach produkujących na skalę komercyjną”, wyjaśnia Contin. Naukowcy dokonali oceny łańcuchów wartości związanych z czterema różnymi rodzajami drewna poddawanym czterem różnym metodom obróbki wstępnej, w wyniku których otrzymano dziewięć bioproduktów, w oparciu o następujące kryteria: dostępność, możliwości w zakresie przetwórstwa, zrównoważony rozwój, wymogi prawne i koszty. Następnie zaprezentowali wybrane łańcuchy wartości w skali przedkomercyjnej, produkując butanol, kwasy żywiczne, enzymy celulolityczne, spoiwa węglowe, fruktozę, etanol i cukry specjalne. Dalszym badaniom potencjału kwasu 2,5-furanodikarboksylowego poświęcony zostanie flagowy projekt z dziedziny bioprzemysłu, PEFerence.
Korzyści dla zdrowia i środowiska
W oparciu o rezultaty demonstracji w skali przedkomercyjnej członkowie konsorcjum przeprowadzili szczegółową ocenę techniczno-ekonomiczną, dokładnie porównując cztery różne konkurencyjne procesy obróbki wstępnej. Analiza cyklu życia wykazała, że cukry celulozowe w niektórych przypadkach mogą przyczynić się do ograniczenia CO2, w przeciwieństwie do cukrów otrzymywanych z buraka cukrowego czy trzciny cukrowej. Wykorzystanie frakcji ligninowej jako surowca do produkcji energii stanowiło istotny aspekt w analizie cyklu życia. Biorąc pod uwagę obecną sytuację na rynku, etanol pochodzący z odpadów drzewnych, będący bioproduktem końcowym, okazał się być najbardziej ekonomicznie opłacalny. Może być on bowiem wykorzystywany jako biopaliwo, a także jako substrat, co stanowi istotny krok w kierunku popularyzacji biorozwiązań. Zespół przygotował koncepcyjny projekt inżynieryjny, który może zostać wykorzystany jako baza dla następnego etapu wdrażania projektu BIOFOREVER. Naukowcy ustalili, że pewien lignosulfonian, będący produktem ubocznym, może stać się dobrym zamiennikiem paku smoły węglowej stosowanego obecnie jako spoiwo węglanowe. „Wykorzystywanie takich biospoiw ograniczy emisje wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, na które narażeni są pracownicy zakładów produkujących aluminium, i przyczyni się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych pochodzącym z tego sektora”, podsumowuje Contin.
Słowa kluczowe
BIOFOREVER, substrat, drewno, łańcuch wartości, lignoceluloza, lignosulfonian, analiza cyklu życia
