Przekształcanie odpadów miejskich w nowe bioprodukty
Stałe odpady komunalne (ang. municipal solid waste, MSW) to zmieszane i posegregowane odpady, które władze lokalne odbierają z gospodarstw domowych i od sprzedawców detalicznych. Obejmują one papier, tekturę, szkło, metale, tworzywa sztuczne, bioodpady, drewno, tekstylia i opakowania. W 2021 roku w UE produkcja odpadów komunalnych na mieszkańca wyniosła 530 kg(odnośnik otworzy się w nowym oknie), z czego 49 % poddano recyklingowi. Według danych Banku Światowego ilość MSW w skali globalnej wzrośnie do 2050 roku z 2,01 mld ton do 3,40 mld ton(odnośnik otworzy się w nowym oknie), co stanowi ponad dwukrotnie większy wzrost procentowy niż prognozowany dla populacji światowej, w tym samym okresie. „Chociaż stwarza to poważne problemy, daje również szansę na pobudzenie gospodarki o obiegu zamkniętym, jeśli materiały te można zrewaloryzować”, mówi Caterina Coll, koordynator projektu URBIOFIN(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który otrzymał finansowanie w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Bioprzemysłu, partnerstwa publiczno-prywatnego między UE a środowiskiem przemysłowym. Zespół projektu URBIOFIN był zainteresowany zawartością organiczną MSW (według jednego badania(odnośnik otworzy się w nowym oknie) było to 46 %), zwaną „organiczną frakcją MSW” (ang. organic fraction of MSW, OFMSW). Są to głównie węglowodany, białka i lipidy z odpadów spożywczych, a także odpady biodegradowalne z ogrodów i parków – wszystkie użyteczne surowce potrzebne do uzyskania cennych produktów biopochodnych. Zespół projektu URBIOFIN opracował model do weryfikacji poprawności projektu miejskiej biorafinerii jako bardziej zrównoważonej alternatywy dla obecnych praktyk przetwarzania OFMSW. „Badacze z projektu URBIOFIN wykazali technologiczną, ekonomiczną i środowiskową opłacalność przekształcania organicznych składników odpadów stałych w substancje chemiczne, biopolimery i dodatki”, dodaje Coll, dyrektor generalny firmy PERSEO Biotechnology(odnośnik otworzy się w nowym oknie), będącej gospodarzem projektu.
Modułowa biorafineria
Głównym elementem projektu URBIOFIN była biorafineria, podzielona na trzy połączone ze sobą moduły. W pierwszym module z OFMSW produkowany jest bioetanol i bioetylen. Produkt uboczny produkcji bioetanolu, wywar melasowy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wraz z dodatkowymi OFMSW trafia do drugiego modułu, gdzie z lotnych kwasów tłuszczowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (LKT) wytwarzane są naturalne poliestry zwane polihydroksyalkanianami(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PHA). Można je następnie przekształcić w artykuły konsumpcyjne na bazie biopolimerów. Trzeci moduł przekształca biogaz z drugiego modułu w biometan lub biomasę PHA. Powstałe mikroalgi są hydrolizowane(odnośnik otworzy się w nowym oknie), w wyniku czego powstaje bogaty w aminokwasy płynny nawóz, natomiast odpad pofermentacyjny można przekształcić w suchy stały granulowany bionawóz.
Czas testów
Koncepcję biorafinerii najpierw przetestowano w laboratorium i w skali pilotażowej, a następnie zademonstrowano w skali półprzemysłowej w trzech hiszpańskich zakładach:moduł pierwszy w zakładzie PERSEO Biotechnology (L'Alcudia, Walencja), część modułów drugiego i trzeciego w centrum innowacji Urbaser(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Saragossa), natomiast produkcja PHA miała miejsce w biorafinerii CLaMber(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (strona w języku hiszpańskim) (Puertollano). „Udoskonaliliśmy proces produkcji bioetanolu z OFMSW, znacznie obniżając koszty operacyjne. Zademonstrowaliśmy również, w skali półprzemysłowej, katalityczną konwersję bioetanolu do bioetylenu”, zauważa Coll. Ponadto przy użyciu dwustopniowego systemu fermentacji beztlenowej zespół przekształcił również OFMSW w LKT, produkując biopolimery PHA wykorzystane następnie do produkcji toreb, opakowań i folii rolniczych (które stwarzają efekt szklarni, stymulując wzrost roślin). Dodatkowo biogaz pochodzący z OFMSW został poddany waloryzacji na biometan z wykorzystaniem technologii mikroalgowej, a z produktów ubocznych procesów mikroalgowych wyprodukowano nawozy w postaci stałego suchego granulatu oraz płynu.
Biowsparcie dla gospodarki o obiegu zamkniętym w UE
Projekt URBIOFIN przyczynia się bezpośrednio do realizacji nowej dyrektywy UE w sprawie odpadów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) poprzez zwiększenie waloryzacji odpadów komunalnych, zmniejszenie ilości odpadów, które trafiają na składowiska lub do spalarni, jednocześnie wspierając unijny Zielony Ład(odnośnik otworzy się w nowym oknie). W szerszym ujęciu tworzenie nowych bioproduktów z odpadów pomaga w transformacji w kierunku gospodarki o bardziej zamkniętym obiegu. Kolejnym krokiem zespołu jest rozbudowa miejskiej biorafinerii do niespotykanego dotąd poziomu przemysłowego. „Ponieważ nasza biorafineria ma modułowy charakter, można powielić ją w części lub w całości. Zyskaliśmy już zainteresowanie potencjalnych klientów, którzy szukają alternatywy dla obecnego gospodarowania OFMSW opartego na fermentacji lub kompostowaniu”, dodaje Coll.
