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, 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, 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, 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 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, 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, wraz z dodatkowymi OFMSW trafia do drugiego modułu, gdzie z lotnych kwasów tłuszczowych (LKT) wytwarzane są naturalne poliestry zwane polihydroksyalkanianami (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, 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 (Saragossa), natomiast produkcja PHA miała miejsce w biorafinerii CLaMber (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 poprzez zwiększenie waloryzacji odpadów komunalnych, zmniejszenie ilości odpadów, które trafiają na składowiska lub do spalarni, jednocześnie wspierając unijny Zielony Ład. 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.
Słowa kluczowe
URBIOFIN, odpady miejskie, recykling, biorafineria, surowiec, biopolimery, bioetanol, nawóz, Zielony Ład, mikroalgi, bioetylen
