Nowy i ulepszony czteroetapowy proces jako sposób na optymalizację pracy biorafinerii
Biomasa lignocelulozowa jest odnawialnym zasobem, którego mamy pod dostatkiem. I rzeczywiście jest to zrównoważony surowiec do produkcji chemikaliów i materiałów pochodzenia biologicznego, który występuje na Ziemi w największej ilości. Obecne procesy zużywają jednak zbyt dużo energii i zasobów, przez co produkty pochodzenia biologicznego są drogie. Poszczególne etapy procesu mogą stać się bardziej wydajne dzięki opracowaniu metod intensyfikacji procesu. Dzięki takim technikom wiele etapów przetwarzania można zintegrować w pojedyncze operacje jednostkowe. Pomaga to biorafineriom zminimalizować koszty, zmniejszyć ilość odpadów i promować produkcję ekologicznych materiałów i chemikaliów. Oczekuje się, że biorafinerie będą kluczową częścią gospodarki o obiegu zamkniętym. Biogospodarka o obiegu zamkniętym może pomóc w budowaniu zrównoważonej przyszłości i przyczynić się do osiągnięcia ambitnych celów Europejskiego Zielonego Ładu, w szczególności drogi do neutralności klimatycznej.
Wszystko zaczyna się od oczyszczania i konwersji cukrów
Finansowany ze środków UE projekt BioSPRINT usprawnił procesy biorafinacji, które oczyszczają i przetwarzają cukry z biomasy lignocelulozowej, takiej jak drewno i słoma. Naukowcy zaprezentowali czteroetapowy proces odzyskiwania cukrów obecnych w strumieniach hemicelulozy z biorafinerii lignocelulozy i wykorzystywania ich do produkcji nowych biopolimerów.
Tworzenie zintegrowanego modelu biorafinerii krok po kroku
Podczas wstępnego etapu oczyszczania, cukry ekstrahuje się ze strumieni hemicelulozy przy użyciu strącania i membran. W drugim etapie, przy pomocy zoptymalizowanych katalizatorów, są one następnie przekształcane w furany, takie jak furfural i 5-HMF. Trzeci etap polega na oddzieleniu tych furanów od rozpuszczalników reakcyjnych w ramach przygotowań do etapu polimeryzacji. Na tym ostatnim etapie oczyszczone furany są wykorzystywane do produkcji tak zwanych żywic fenolowych i polioli. „Zastosowanie innowacyjnych metod intensyfikacji na wszystkich etapach przetwarzania poprawia wydajność energetyczną i wykorzystanie zasobów” — wyjaśnia koordynatorka projektu BioSPRINT, Christina Andreessen. „Prowadzi to do obniżenia kosztów produkcji i poprawia rentowność operacji biorafinacji, co ostatecznie przyczynia się do rozwoju produkcji materiałów bioodnawialnych”. Przykłady metod obejmują innowacyjne podejścia do strącania przy użyciu odśrodkowych pól siłowych, formułowanie zoptymalizowanych katalizatorów, zintegrowane i zintensyfikowane procesy destylacji oraz polimeryzację wspomaganą ultradźwiękami. Zespół projektowy zweryfikował wszechstronność i skalowalność opracowanych technologii, wykazując, że działają one dobrze z różnymi rodzajami strumieni hemicelulozy.
Szkolenia, edukacja i budowanie potencjału
Szereg webinarów i warsztatów hybrydowych cieszyło się dużym zainteresowaniem zarówno ze strony środowiska akademickiego, jak i przemysłu. Wydarzenia te dostarczyły wielu okazji do korzystnej wymiany doświadczeń i szkoleń związanych z opracowanymi metodami intensyfikacji procesów. Naukowcy i specjaliści z branży nadal wykorzystują te materiały jako cenne źródło do dalszego rozwoju i wykorzystania technologii we własnych podejściach do biorafinacji. Niektóre materiały upowszechniające badania stworzone podczas warsztatów staną się również częścią nowych kursów na poziomie magisterskim na trzech uniwersytetach i instytucjach badawczych w Finlandii, Słowenii i Wielkiej Brytanii, które uczestniczyły w BioSPRINT. Technologia intensyfikacji procesu jest również zgodna z kilkoma Celami Zrównoważonego Rozwoju ONZ obejmującymi efektywność energetyczną, redukcję odpadów, ochronę zasobów, zmniejszenie emisji, zasady gospodarki o obiegu zamkniętym i zrównoważony rozwój. „Dzięki wydajnym procesom biorafinacji produkcja materiałów pochodzenia biologicznego jest bardziej ekonomiczna i wymaga mniejszej ilości zasobów” — podsumowuje Andreessen. „Ułatwia to przejście na biogospodarkę o obiegu zamkniętym i zmniejsza zależność od paliw kopalnych”.
Słowa kluczowe
BioSPRINT, materiały, biorafinacja, energia, intensyfikacja procesu, hemiceluloza, furan, biomasa lignocelulozowa, oczyszczanie, biogospodarka o obiegu zamkniętym
