Rozwój produkcji bioproduktów opartych na pozostałościach biomasy
Budowa gospodarki o obiegu zamkniętym wymaga nie tylko odnawialnych surowców, ale także zastąpienia niebezpiecznych substancji występujących w konwencjonalnych surowcach. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu NewWave(odnośnik otworzy się w nowym oknie) postawił sobie za cel wykorzystanie zrównoważonych i biopochodnych surowców na kilku liniach produkcyjnych, aby zastąpić toksyczne substancje chemiczne otrzymywane z paliw kopalnych. Badacze wykorzystują biomasę resztkową jako punkt wyjścia, łącząc strategie przetwarzania, rozwoju produktów i recyklingu w celu zmniejszenia wpływu na środowisko w całym łańcuchu wartości. Podejście projektu NewWave opiera się na frakcjonowaniu termochemicznym. „Frakcjonowanie termochemiczne to nowatorska technologia, która pozwala na wykorzystanie biomasy do produkcji zielonych środków chemicznych i produktów konieczności wprowadzania domieszek oraz enzymów”, wyjaśnia Bert Van de Beld, koordynator projektu NewWave. „Pierwszym etapem tego procesu jest szybka piroliza, w ramach której biomasa jest szybko podgrzewana w środowisku beztlenowym w celu wytworzenia biooleju. Drugi etap obejmuje frakcjonowanie otrzymanego biooleju w oparciu o funkcjonalność chemiczną, czego skutkiem jest reaktywna frakcja ligniny - naturalnego polimeru występującego w drewnie, a także frakcja bogata w cukier, wykorzystywana jako prekursor do produkcji polimerów i rozpuszczalników.
Zastępowanie paliw kopalnych i toksycznych substancji chemicznych
Zespół projektu NewWave wykorzystał otrzymane frakcje na szeregu linii produkcyjnych, wytwarzając panele drewnopochodne, biopoliole na potrzeby wyrobów poliuretanowych, substancje chemiczne na bazie furanu - stosowane jako alternatywa dla tworzyw sztucznych, rozpuszczalników i żywic, a także nowe produkty drewnopochodne. Linie te odpowiadają na zapotrzebowanie techniczne i rynkowe ustalone w ramach dotychczasowych unijnych badań, w tym w ramach projektu Bio4Products. Najważniejszą innowacją było zastąpienie fenolu i formaldehydu w klejach do drewna. „Z powodzeniem opracowaliśmy i przetestowaliśmy żywice do płyt MDF i sklejki, wykorzystując ligninę otrzymaną w wyniku pirolizy w celu zastąpienia dużego odsetka fenolu w produkcie”, mówi Van de Beld. Zespołowi NewWave udało się również uzyskać żywicę do sklejki, wymieniając 100 procent formaldehydu na HMF - związek organiczny powstający w wyniku odwodnienia cukrów redukujących. Równolegle w ramach projektu powstała nowa klasa modyfikowanych biologicznie materiałów drewnopochodnych na potrzeby budownictwa. „Zostały one zaprojektowane w celu zastąpienia konwencjonalnych toksycznych lub opartych na paliwach kopalnych środków konserwujących, takich jak sole miedzi, biocydy organiczne i kreozot”, wyjaśnia koordynator projektu. Badania laboratoryjne wykazały, że nowe produkty drewnopochodne „eliminują toksyczne środki konserwujące, jednocześnie osiągając 2. klasę wytrzymałości na brązową zgniliznę, białą zgniliznę i pleśń”.
Odzyskiwanie wody i energii w produkcji opartej na obiegu zamkniętym
Oczyszczanie ścieków i ponowne wykorzystanie wody są kluczem do opracowania zasadniczo bezodpadowych procesów produkcyjnych w ramach projektu NewWave. Strumienie ścieków generowane w wyniku frakcjonowania oraz podczas pracy linii produkcyjnych są oczyszczane przy użyciu dostosowanych kombinacji procesów biologicznych i fizykochemicznych. Umożliwia to zarówno ponowne wykorzystywanie wody procesowej, jak i odzyskiwanie energii. Głównym rezultatem było przekształcenie skoncentrowanych ścieków przemysłowych w cenne źródło biogazu o wysokiej zawartości metanu, wspierane przez zoptymalizowane dozowanie składników odżywczych i pierwiastków śladowych dla tych konkretnych strumieni. „Według naszej wiedzy, otrzymane przez nas dane potwierdzają, że mamy nowatorskie rozwiązanie - nie istnieją żadne publikacje wykazujące tak wysoką sprawność przetwarzania ścieków przemysłowych w biogaz”, zauważa Van de Beld. Większość technologii opracowanych w ramach projektu charakteryzuje wysoki potencjał wykorzystania, a kilka z nich jest dostępne w skali pilotażowej. Zdaniem ekspertów technologia frakcjonowania stanie się dostępna na rynku w ciągu najbliższych lat, a pierwsza w swoim rodzaju jednostka frakcjonowania biooleju ma zostać uruchomiona w 2027 roku w Niderlandach. Badając nowe drogi rozwoju technologii, zespół projektu NewWave rzucił nowe światło na rozwój materiałów pochodzenia biologicznego. „Teraz konsorcjum dysponuje fundamentami strategicznymi, które pozwalają na wskazanie atrakcyjnych rynków dla zrównoważonych materiałów i warunków niezbędnych do ich komercjalizacji”, podsumowuje Van de Beld.
