Zaawansowana produkcja biopaliwa poprawia wykorzystanie materiałów wsadowych
Twórcy finansowanego ze środków UE projektu Ambition(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Plan ECRIA zajmuje się również problemem trzech podstawowych wąskich gardeł ograniczających rozwój biorafinerii. „Należą do nich obróbka wstępna/frakcjonowanie biomasy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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”.
