biotechnologia


 
 

Biorafinacja i biorafinerie – przemysł przyszłości

pszenica Słowo rafinacja pochodzi z języka francuskiego i oznacza oczyszczanie i uszlachetnianie substancji naturalnych lub produktów przemysłowych w celu nadania im odpowiednich właściwości. Klasyczne procesy rafinacyjne stosują w większości metody fizyczne takie jak adsorpcja, elektroliza, destylacja lub ekstrakcja, bądź chemiczne jak działanie kwasami i zasadami.

Biorafinacja - pojęcie to pojawiło się w momencie, w którym nowoczesne technologie wytwarzania stworzyły możliwości uzyskania zupełnie nowych produktów z tych samych surowców. W efekcie połączenia rozmaitych technik rafinacji i biokonwersji surowców pochodzenia biologicznego, spektrum możliwych do uzyskania produktów końcowych znacznie się rozszerzyło.

Biorafinacja dotyczy zasadniczo surowców pochodzenia roślinnego czyli biomasy. Podczas tego procesu rośliny zostają rozdzielone na komponenty botaniczne i chemiczne. Większość surowców rolniczych ma właściwości chemiczne i fizyczne, które czynią je przydatnymi do produkcji wyrobów spożywczych i niespożywczych. Lecz pojęcie to dotyczy także procesów przemiany z zastosowaniem czynników biologicznych czyli tzw. biokonwersji.

Pojęcie biokonwersji dotyczy kilku zjawisk. Jedno z nich określa procesy konwersji odpadów organicznych do metanu poprzez biologiczne procesy wykorzystujące żywe organizmy (znane również jako rozkład beztlenowy). Taki proces nie jest sam w sobie zbytnio użyteczny w koncepcji biorafinacji, jako że biomasa jest przekształcana w prosty jednowęglowy związek – metan. Dalsze przetwarzanie metanu może dać wodór. Ale niewiele innych produktów można łatwo i ekonomicznie wytwarzać z niego. Typ biokonwersji, który jest rozważany do zastosowania w zakładach przetwórczych to przemiana, w trakcie której poprzez zastosowanie biologicznych procesów przekształca się składniki biomasy z jednej formy w inną. Takie przekształcenia wymagają zastosowania enzymów, mikroorganizmów i innych czynników biologicznych pojedynczo lub w odpowiednich kombinacjach.

Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości po węglu i ropie naftowej, naturalne źródło energii na świecie. Według definicji Unii Europejskiej biomasa oznacza podatne na rozkład biologiczny frakcje produktów, odpady i pozostałości przemysłu rolnego (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych z nim gałęzi gospodarki, jak również podatne na rozkład biologiczny frakcje odpadów przemysłowych i miejskich (Dyrektywa 2001/77/WE).

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 9 grudnia 2004 roku biomasa to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji (Dz. U. Nr 267, poz. 2656).

Biomasa roślinna powstaje w efekcie zjawiska fotosyntezy, w którym dwutlenek węgla zawarty w atmosferze przekształcany jest w cukier, a następnie na drodze skomplikowanych szlaków metabolicznych powstają bardziej złożone związki jak białka, tłuszcze i wielocukry. Wszystkie formy biomasy mają te same podstawowe składniki – celulozę, hemicelulozy i ligninę. Celuloza stanowi największą frakcję 40–50%, następnie są hemicelulozy – 20-30%, natomiast lignina stanowi 15-20% biomasy. W efekcie procesu biorafinacji z roślin odzyskiwane są specyficzne dla niech składniki jak np. białka, lecz głównie pozyskiwane są różne formy węglowodanów, które następnie ulegają dalszemu przetworzeniu.

Analogicznie do rafinerii ropy naftowej zakład przetwarzający biomasę roślinną nosiłby nazwę biorafinerii.
Biorafineria jest układem, który łączy procesy konwersji biomasy i urządzenia do jej przetwarzania w jeden zakład produkujący związki chemiczne, paliwa i energię. Koncepcja biorafinerii odpowiada istniejącym przetwórniom ropy naftowej, które produkują różnorakie paliwa i inne produkty. Przemysłowe biorafinerie zostały określone jako najbardziej obiecujące w etapie tworzenia nowego opartego na biosurowcach przemysłu. Specyficzne wymagania jakościowe stawiane przez odbiorców są wypełniane poprzez różnicowanie stopnia przetworzenia w stosowanej technologii, przez łączenie produktów i włączanie nowych rodzajów roślin.

Biorafinerie potrzebują dużej i stałej dostawy biomasy. Surowiec stosowany w biorafineriach może składać się z ziarna takiego jak kukurydza, pszenica czy jęczmień, roślin oleistych, odpadów rolniczych, zrębów drewna i produktów wycinki lasu oraz specjalnych upraw energetycznych takich jak proso rózgowe, wierzba energetyczna czy hybrydowy tulipanowiec. Co prawda stosowanie ziarna i roślin oleistych jako źródeł energii zmniejsza ich dostępność jako źródła pożywienia czy paszy, ale części roślin, które pozostają po zbiorze ziarna np. słoma także stanowią źródło biomasy, a ich zastosowanie nie uszczupla zasobów żywności.
Wybór gatunków roślin przeznaczonych na uprawy dla biorafinerii zależna jest od przydatności całej rośliny w procesie przetwórczym, a także od tego jak zaadaptuje się do miejscowych warunków uprawy. W Europie roślinami rozważanymi pod tym kątem są pszenica i rzepak, a w Stanach Zjednoczonych kukurydza oraz sorgo i trzcina cukrowa.

Analizy ekonomiczne wykonane dla terenów europejskich sugerują, że budowa małych biorafinerii przetwarzających pszenicę na mąkę, skrobię, gluten, paszę oraz produkty ze słomy byłaby opłacalna dla obszarów stosujących tradycyjne metody zbiorów. Jednakże większość produktów wytwarzanych w małej skali z pszenicy i kukurydzy byłaby zbyt droga, aby konkurować z dostępnymi na rynku. Jedynym rozwiązaniem jest połączenie skali biorafinerii, umiejscowienia i metod produkcyjnych w celu stworzenia i rozwinięcie rynku niszowego. Lokalne względem upraw usytuowanie biorafinerii skraca drogę transportu biomasy, a przez to obniża koszty. Tylko najbardziej wartościowe produkty byłyby wysyłane poza dany obszar, podczas gdy mniej wartościowe byłyby zużywane na miejscu jako pasza lub paliwo. Produkty wytwarzane w biorafinerii oprócz specjalnych wymagań muszą również gwarantować odpowiednio wysoką, powtarzalną jakość w kolejnych partiach.

W efekcie wytwarzania szerokiego asortymentu, biorafineria może czerpać korzyści z zróżnicowanych składników i półproduktów biomasy i maksymalizować zyski płynące z takiego surowca. Dla przykładu biorafineria mogłaby wytwarzać w niewielkiej ilości jeden lub kilka związków chemicznych o wysokiej wartości oraz duże ilości tanich paliw, a także energię na własne potrzeby lub może nawet na sprzedaż.

Produkty wysokowartościowe podnosiłyby zyskowność inwestycji, wysokowartościowe paliwa pozwalałby zaspokoić potrzeby energetyczne kraju, a produkcja energii zmniejszyłaby koszty i pozwoliłaby uniknąć emisji gazów wywołujących efekt cieplarniany.

Biorafinacja i biorafinerie stanowią przyszłość przemysłu i energetyki. Do jej pełnej realizacji wciąż jest jeszcze daleko, lecz już teraz zaczynają się pojawiać na terenach wiejskich małe biorafinerie nastawione głownie na produkcję paliw i energii oraz duże, zlokalizowane w pobliżu wielkich miast, w których oprócz paliw i energii wytwarzane są także rozmaite substancje pochodzenia organicznego o wysokiej wartości rynkowej.


Autor artykułu: dr inż. Joanna Harasym
Przedruk z: biorafinacja.pl


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

232 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u