Zaawansowana produkcja biopaliwa poprawia wykorzystanie materiałów wsadowych
Twórcy finansowanego ze środków UE projektu Ambition przyglądali się temu, jak można by połączyć ze sobą dzisiejsze niezależne systemy energetyczne, aby usprawnić produkcję biopaliw. Opracowali oni długofalowy europejski wspólny plan na rzecz badań i innowacyjności (ECRIA), którego celem jest integracja produkcji biopaliw i waloryzacji nadwyżki energii w sieciach energetycznych. W ramach ECRIA przedstawiono wytyczne i priorytety badawcze dla przyszłej zrównoważonej i oszczędnej produkcji zaawansowanych biopaliw, wpisujące się w zakres nowego Europejskiego Zielonego Ładu. Plan ECRIA zajmuje się również problemem trzech podstawowych wąskich gardeł ograniczających rozwój biorafinerii. „Należą do nich obróbka wstępna/frakcjonowanie biomasy dla uzyskania produktów gotowych do wprowadzenia na rynek, wykorzystanie technologii konwersji takich jak procesy gazyfikacji i fermentacji, a także ocena techniczna i ekonomiczna”, mówi koordynator projektu Bernd Wittgens.
Rozwój nowych procesów
Badacze opracowali również przełomowe, opłacalne i energooszczędne procesy frakcjonowania biomasy oparte na nieszkodliwych katalizatorach i ekologicznych rozpuszczalnikach. Mowa tu o cieczach jonowych i procesach organosolv, polegających na roztwarzaniu z użyciem rozpuszczalników organicznych, które, jak wykazano, prowadzą do powstania odpowiednich i gotowych do wprowadzenia na rynek frakcji biomasy. Procesy organosolv w szczególności posiadają rzeczywisty potencjał umożliwiający ich wdrożenie do produkcji przemysłowej już w najbliższej przyszłości. „Przyczynią się do jednolitej waloryzacji biomasy, w tym do wytwarzania produktów o wartości dodanej z ligniny. Jest to niezmiernie ważne z punktu widzenia opracowania opłacalnych pod względem ekonomicznym i ekologicznym nośników energii biologicznej oraz powstawania produktów biologicznych zgodnie z koncepcją zrównoważonej biorafinerii i biogospodarki”, wyjaśnia Wittgens. Lignina jest złożonym biopolimerem występującym w drewnie i korze, który może być pozyskiwany z odpadów biomasy. Na potrzeby technologii konwersji badacze z projektu Ambition wykorzystali ligninę z produkcji etanolu drugiej generacji jako punktu wyjścia do produkcji gazu syntezowego, który następnie przekształcili metodami biochemicznymi w butanol i kwas masłowy, które są chemikaliami platformowymi i półproduktami biopaliwa. Procesy biologiczne nie zostały jak dotąd zaprojektowane w sposób umożliwiający ich wykorzystanie w całym łańcuchu wartości, w którym stosuje się materiał wsadowy w całości. „Lignina jest obecnie dostępna w kilkunastu zakładach produkujących etanol wyłącznie na potrzeby ogrzewania. To oznacza, że działania na rzecz włączenia ligniny do procesu produkcyjnego i jej wykorzystania do celów innych niż spalanie są póki co ograniczone lub wcale nie są podejmowane” zauważa Wittgens.
Taniej, ale wydajniej
Najważniejszy wniosek płynący z projektu jest taki, że fermentacja gazu syntezowego jest możliwa w przypadku gazu otrzymywanego w procesie gazyfikacji. „Jest to dla nas istotny postęp”, zapewnia Wittgens, „ponieważ ten proces biologiczny może być wykorzystany do jednoetapowego wytwarzania znacznie bardziej złożonych cząsteczek i jest mniej wrażliwy na jakość gazu syntezowego. Ta wiedza może pomóc nam w opracowaniu całkiem nowych łańcuchów procesów”. Wykazano również, że oczyszczenie wytworzonego gazu przed jego wykorzystaniem jako wsadu w procesie fermentacji gazu pozwala na wykorzystanie 100 % materiału wsadowego. Wydajność procesu fermentacji gazu syntezowego do butanolu lub kwasu masłowego również może być istotnie zwiększona poprzez wykorzystanie CO2 wytworzonego w gazyfikatorze. Z kolei dzięki zastosowaniu odnawialnego wodoru możliwe jest otrzymanie dodatkowego gazu syntezowego, a więc większej ilości produktu w toku procesów bezemisyjnych. Projekt Ambition zwiększa całkowitą wydajność materiałową i energetyczną procesów konwersji przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów kapitałowych i operacyjnych, ułatwiając wdrożenie do innowacyjnego i zintegrowanego europejskiego systemu energetycznego. Na koniec Wittgens stwierdza: „Postępy jakie poczyniliśmy mogą być teraz zaadaptowane do istniejących procesów produkcji biopaliwa lub z nimi zintegrowane na potrzeby stworzenia nowych, ulepszonych, przyjaznych dla środowiska i ekonomicznie konkurencyjnych procesów”.
Słowa kluczowe
Ambition, biomasa, biopaliwo, lignina, gaz syntezowy, europejski wspólny plan na rzecz badań i innowacyjności (ECRIA), Zielony Ład, organosolv, ciecze jonowe