المصفاة الحيوية عبارة عن منشأة تقوم بدمج عمليات تحويل الكتلة الحيوية والمعدات لإنتاج الوقود والطاقة والحرارة والمواد الكيميائية ذات القيمة المضافة من الكتلة الحيوية. يتشابه مفهوم المفاعل الحيوي مع مصفاة البترول التي تنتج أنواعًا متعددة من الوقود والمنتجات النفطية.

يشبه مبدأ biorefinery ذلك من مصفاة النفط ، حيث يتم تقسيم مركب مركب النفط الخام إلى كسور أو مكونات الفردية. يتم تحويل بعض هذه العمليات عن طريق العمليات الكيميائية إلى مركبات أخرى أفضل تسويتها.

والمقصود بالمصادر البيولوجية ، من بين أمور أخرى ، تكميل واستبدال النفط الخام كمواد خام مهمة في الصناعة الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لمجموعة متنوعة من المركبات الكيميائية المختلفة في الكتلة الحيوية أيضا إنشاء تطبيقات جديدة. عوامل مهمة أخرى هي جهود حماية البيئة والحماية البيئية.

لا يزال مفهوم المصانع البيولوجية ذات الاستخدام الشمولي العالي الجودة للكتلة الحيوية قيد التطوير. في النهج ، يتم تنفيذ هذا المفهوم بالفعل ، على سبيل المثال. كما هو الحال في إنتاج السكر والبيوإيثانول والبيوديزل ، حيث تحاول استخدام المنتجات الثانوية أو المنتجات الثانوية ذات الجودة العالية. كما تسمى أحيانا مصانع الغاز الحيوي biorefinery.

لقد حددت مهمة الطاقة الحيوية التي تقوم بها الوكالة الدولية للطاقة 42 في المحاليل البيولوجية (biorefineries) المعالجة البيولوجية باعتبارها المعالجة المستدامة للكتلة الحيوية في مجموعة من المنتجات الحيوية (الأغذية والأعلاف والكيماويات والمواد) والطاقة الحيوية (الوقود الحيوي والطاقة و / أو الحرارة).

من خلال إنتاج العديد من المنتجات ، تستفيد محطة biorefinery من المكونات المختلفة في الكتلة الحيوية والوسائط الوسيطة وبالتالي تعظيم القيمة المستمدة من خام التغذية الكتلة الحيوية. وقد نظر بعض الباحثين في استكشاف مصفاة بيولوجية كطريقة عملية لتحسين الأداء الاقتصادي للكتلة الحيوية المستقلة إلى نظام الطاقة الحيوية منذ إنتاج المواد الكيميائية الحيوية يمكن لمصنع biurfinery ، على سبيل المثال ، إنتاج واحدة أو عدة أحجام منخفضة ، ولكنها ذات قيمة عالية ، منتجات كيميائية أو مغذيات ووقود نقل سائل منخفض القيمة ولكن كبير الحجم مثل وقود الديزل الحيوي أو البيوإيثانول. في نفس الوقت توليد الكهرباء والحرارة العملية ، من خلال الجمع بين تكنولوجيا الحرارة والطاقة (CHP) ، لاستخدامها الخاص وربما ما يكفي لبيع الكهرباء إلى المرافق المحلية. تزيد المنتجات عالية القيمة من الربحية ، ويساعد الوقود الكبير الحجم على تلبية احتياجات الطاقة ، ويساعد إنتاج الطاقة على خفض تكاليف الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من مرافق محطات الطاقة التقليدية. على الرغم من وجود بعض المرافق التي يمكن أن تسمى المصافي الحيوية ، إلا أن المصفاة الحيوية لم تتحقق بالكامل بعد. قد تلعب المنظومات البيولوجية المستقبلية دورًا رئيسيًا في إنتاج الكيماويات والمواد التي يتم إنتاجها تقليديًا من البترول.

الكتلة الحيوية للمواد الخام
يعتمد مفهوم المصفاة الأحيائية أساسًا على المواد الخام المتوفرة. وقبل كل شيء ، تتم مناقشة المفاهيم التي تشمل الخشب ونباتات النشاء وغيرها من النباتات الطازجة أو المترسبة كقاعدة للمواد الخام.

الكتلة الحيوية معقدة جداً وتتألف من العديد من المركبات العضوية المختلفة بنسب مختلفة جداً. نسبة كبيرة من المركبات هي مركبات تنتمي إلى الدهون والكربوهيدرات والبروتينات (البروتينات). بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من المركبات الأخرى ، ولكن عادة ما تحدث في النسب المنخفضة ، مثل. باء المستقلبات الثانوية (أو المواد النباتية الثانوية).

اعتمادا على الكتلة الحيوية ، هذه النسب تختلف. الخشب ، على سبيل المثال ، له تركيبة مختلفة بشكل واضح مقارنة بنباتات النشا (مثل القمح والذرة) ، والنباتات الزيتية (البذور الزيتية ، والعشب ، وفول الصويا) أو النفايات النباتية.

مفاهيم النبات
في المضخات الحيوية ، تتم محاولات لعزل بعض المركبات عالية الجودة من الكتلة الحيوية. في القيام بذلك ، يتم استخدام ميزة تركيب الطبيعة إما لاستبدال عمليات التصنيع الاصطناعي باهظة الثمن أو الحصول على مركبات مركبة غير مصطنعة معقدة.

يمكنك للأغراض الصيدلانية والمواد الكيميائية الأساسية. وبما أنهم لا يشكلون سوى نسبة صغيرة ، فإن جزءًا كبيرًا من الكتلة الحيوية لا يزال وراءها. هذا يمكن بدوره في ض. كما يتم الحصول على المواد الغذائية والأعلاف أو المواد الكيميائية أقل جودة. وبمجرد استخراج هذه الكسور القابلة لإعادة التدوير من الكتلة الحيوية ، ما زال يمكن استخدام الجزء المتبقي لأغراض الطاقة. كما يمكن توليد الطاقة والحرارة لتشغيل المصنع أو بيعه أو الوقود الحيوي أو الوقود الاصطناعي (BtL ، والميثانول ، والميثان ، الخ).

بالإضافة إلى استخلاص المركبات الموجودة في الكتلة الحيوية ، فإن إنتاج مركبات جديدة من المواد الخام هو مجال آخر للنشاط داخل المخبر الحيوي. هنا ، يمكن استخدام العمليات الكيميائية ، مثل الإنتاج المذكور بالفعل للوقود الاصطناعي ، ولكن على وجه الخصوص أيضًا أساليب التكنولوجيا الحيوية لإنتاج مركبات ذات قيمة أعلى.

يتم تسمية المفاهيم الثلاثة الشائعة التي تمت مناقشتها بعد المادة الخام ذات الصلة:

تصنيف
في بعض الأحيان يتم تمييز أنواع عديدة من المصافي البيولوجية:

اعتمادا على المواد الخام أو مصدرها (على سبيل المثال ، البحرية ، النباتية ، الحيوانية ، الفطرية أو الحرجية ، النفايات الزراعية ، العضوية ، إلخ) ،
اعتمادا على العمليات المستخدمة: biorefineries الخضراء (تعزيز المركبات عادة ما تكون غير مستقرة عالية الرطوبة) ، الحبوب ، البذور الزيتية ، الطحالب الدقيقة أو الطحالب الكلية ، مواد lignocellulosic أو النباتات بأكملها.
وفقا للمنتجات النهائية الناتجة عن التحول ، ولا سيما من خلال الجمع بين تحت نفس الفئة جميع biorefineries إنتاج نوع من المنتجات (الغاز التخليق على سبيل المثال).

Lignocellulosic biorefinery
تستخدم محطة biorefine lignocellulosic الخشب المواد الخام ، والذي يتكون إلى حد كبير من lignocellulose – وهي بنية من اللجنين والسليلوز – و hemicellulose. أيضا مماثلة الكتلة الحيوية المركبة ، مثل القش والعشب ، والنفايات من صناعة الورق ، مثل. كما تتكبد بكميات كبيرة يمكن استخدام الخمور السوداء الغنية باللغنين.

يتكون Lignin بشكل رئيسي من مشتقات الفينول العطري المركب ، والتي يمكن أن تكون مفيدة للصناعة الكيماوية. السليلوز هو السكاريد (السكر متعدد السوائل) من الجلوكوز الأحادي (سداسي). هذا يمكن أن يؤدي إلى المواد الكيميائية الأساسية المختلفة ، مثل. كما الإيثانول والإيثيلين كمواد انطلاق لإنتاج البولي إثيلين (البولي ايثيلين) والبولي فينيل كلوريد (PVC) أو hydroxymethylfurfural كمادة انطلاق لإنتاج النايلون ، مزيد من المعالجة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجلوكوز هو عملية إنتاج للتكنولوجيا الحيوية تعتمد على الركيزة. Hemicellulose هو أيضا عديد السكاريد ، ولكن من pentoses مختلفة مثل مونومر. هذا يمكن أن يكون أيضا furfural خاصة – يتم معالجة المشتقة أو النايلون وغيرها من المنتجات.

مصنع بيوريفينيري كامل النبات
يستخدم مصنع biurefinery كامل النبات المحصول الكامل ، مثل B. corn ، القمح ، الجاودار ، triticale ، الخ. تتكون النباتات أساسًا من الحبوب وقش lignocellulosereichen ، والتي عادة ما يتم فصلها بالفعل عند الحصاد باستخدام حصادة. يمكن معالجة القشة بشكل أكبر في محطة حيوية ثنائية الخلية أو تحويلها إلى غاز تخليقي (غاز تخليقي) عن طريق الانحلال الحراري. يشكل هذا الأساس للوقود الاصطناعي مثل الكتلة الحيوية إلى السائل (BtL) أو الميثانول ، وتتكون الحبوب أساسًا من نشا الجلوكوز ، والتي يمكن معالجتها بطرق عديدة. يمكنك z. B. يمكن استخدامها مباشرة كمادة خام من المواد الغذائية أو الصناعة الكيميائية. إنتاج bioplastics ، مثل. كما نشا بالحرارة واستخدامها كركيزة التخمير ممكنة.

مصفاة بيئية خضراء
يستخدم Biorefinery الأخضر المواد النباتية ، مثل العشب ، والبرسيم ، والبرسيم أو الحبوب (الخضراء) غير الناضجة من الزراعة. الفرق الرئيسي مع المفهومين الآخرين هو أن النبات الطازج يستخدم ، والمكونات المختلفة من الخشب أو نباتات abgereiften بشكل كبير. الخطوة العلاجية الأولى هي عصر عصير النبات. تحتوي كعكة الصحافة أساسا على الألياف (السليلوز) ، وكذلك النشا والأصباغ والأصباغ. في عصير الصحافة والبروتينات والأحماض الأمينية والأحماض العضوية ، وما إلى ذلك يمكن لهذا ، ل. يمكن عزل منتجات مثل حمض اللاكتيك ، والأحماض الأمينية ، والإيثانول وغيرها. يمكن استخدام كعكة الصحافة كعلف ، لإنتاج الغاز التخليقي والغاز الحيوي أو لاستخراج المركبات الكيميائية.

الإجراءات والمنتجات
في المصفاة الحيوية ، هناك مجموعة متنوعة من الإجراءات اللازمة لإعداد المواد الخام ، وعزل بعض الكسور واشتقاق مزيد من الاتصالات مع العمليات الكيميائية والكيميائية الفيزيائية والبيوتكنولوجية:

ض. بواسطة:
صحافة
سحق بواسطة الطحن ، التقطيع الخ

الفصل والعزلة بواسطة (انظر أيضًا عملية الفصل (هندسة العمليات):
النخل والترشيح
استخلاص
اللوني
إلخ.

مع هذه الطرق ، يمكن الحصول على المواد والمركبات الموجودة بالفعل في الكتلة الحيوية. من خلال التغيير الكيميائي ، يمكن توسيع نطاق المنتج بشكل كبير:

المعالجة باستخدام العمليات الكيميائية والكيميائية الفيزيائية:
الانحلال الحراري لإنتاج الغاز التخليق
استخدام الغاز التخليق لتوليف مركبات جديدة ، على سبيل المثال. B. BtL والهيدروكربونات الأخرى عن طريق تخليق Fischer-Tropsch
الاحتراق لتوليد الكهرباء والحرارة

التعديل الكيميائي باستخدام عمليات التكنولوجيا الحيوية (انظر أيضا التكنولوجيا الحيوية والتكنولوجيا الحيوية البيضاء):
استخدام المواد الخام أو الكسور للتخمر ، على سبيل المثال. باء لإنتاج المواد الكيميائية الأساسية والرائعة ، والإيثانول ، والغاز الحيوي ، والمواد الخام لإنتاج البلاستيك الحيوي ، والفيتامينات ، والأحماض الأمينية ، إلخ.
التحفيز الحيوي مع الانزيمات المعزولة لتعديل بعض المركبات ، على سبيل المثال. باء مع amylases لتجزئة الحلمه من النشا إلى الجلوكوز

أمثلة
تمتلك شركة Blue Marble Energy التي تعمل بكامل طاقتها العديد من المصانع البيولوجية الموجودة في أوديسا ، و WA ، و Missoula ، MT.

أول Biorefinery المتكاملة في كندا ، وضعت على تكنولوجيا الهضم اللاهوائي من قبل Himark BioGas يقع في شعر هيل ، ألبرتا. تستخدم Biorefinery المكونات العضوية المنفصلة من منطقة المترو Edmonton ، و Open Pen Feedlot Manure ، و Food Processing Waste.

وقد اقترحت عدة أمثلة محتملة للمفاعل البيولوجي ، بدءاً من المواد الأولية مثل التبغ وقش الكتان وبقايا إنتاج البيوإيثانول. وقد اقترحت أيضا مصادر بيولوجية لجمع أكبر قدر ممكن من المواد من الأشجار (مثل السليلوز ، الهيميسيلولوز ، الليجنين ، الدهون) قدر الإمكان.

تم دمج تكنولوجيا Chemrec لتغويز الخمور الأسود وإنتاج الجيل الثاني من الوقود الحيوي مثل Biomethanol أو BioDME مع مطحنة اللب المضيفة ويستخدم منتج كبريتات عملية كبريتية أو كبريتية كمادة وسيطة.

في النمسا ، تم افتتاح مصفاة بيئية خضراء في مايو 2009 كمرفق توضيحي. هناك سيلاج عشب يستخدم من الأحماض الأمينية وحامض اللبنيك. يتم استخدام الأجزاء الثابتة بشكل فعال في مصنع الغاز الحيوي. ويمكنه معالجة 4 أطنان من العلف الحشوي في الساعة أو 100 لتر من العصير المعالج في الساعة. من 150 إلى 210 كيلوجرام من حمض اللاكتيك ومن 80 إلى 120 كيلوغراما من البروتين الخام (الأحماض الأمينية) يمكن الحصول عليها لكل طن من مادة السيلاج الجافة. الهدف هو الحصول على رؤى تدعم تصميم المنشآت الصناعية.

في واحدة من وكالة الموارد المتجددة ه. تم تطوير مشروع منسق منذ عام 2007 مفاهيم عملية لمراكز biorefineric lignocellulosic. في مشروع المتابعة ، سيتم إنشاء أول مصنع تجريبي في ليونا (ساكسوني-أنهالت) ، حيث يتم معالجة 1.25 طن من الأخشاب يوميًا. على المدى الطويل ، تعتبر النباتات التي تبلغ طاقتها الإنتاجية 400.000 طن / ساعة ممكنة.

يعمل مصنع Biowert مع مبدأ مشابه لمختبر Biorefinery الأخضر. المواد الخام هي عشب أو عشب سيلاج. يتم ضغط هذا الجزء والسائل في مصنع الغاز الحيوي ، الذي يوفر أيضًا طاقة عملية أو حرارة عملية ، يتم تخميرها. تحتوي كعكة الصحافة على نسبة عالية من الألياف التي تنتج منها مواد عزل أو مواد مضافة ليفية للبلاستيك (البلاستيك المقوى بالألياف الطبيعية).

أهمية الصحة
في جميع الزيوت النباتية المكررة يتم العثور على 3-MCPD-acid acid ester ، حيث تختلف المحتويات بشكل واسع في جزء منها. تم تصنيف 3-MCPD كـ “مرشح مسرطنة الإنسان” في عام 2011 من قبل الوكالة الدولية لبحوث السرطان (IARC).

إنطباع
ووفقاً لدراسة أجرتها شركة Festel في عام 2001 ، فإن حصة المواد الكيميائية المصنعة حيوياً من الناحية التكنولوجية والتي تبلغ قيمتها 30 مليار دولار كانت حوالي 2.5٪ من إجمالي السوق. بحلول عام 2010 ، تم توقع زيادة بنسبة 20٪ تقريبًا (310 مليار دولار أمريكي بمجموع مبيعات يبلغ 1600 مليار دولار أمريكي). في عام 2007 ، بلغت الحصة 48 مليار دولار ، أي بنسبة 3.5٪. في عام 2010 ، كانت نسبة الأدوية المنتجة بالتكنولوجيا الحيوية 17 ٪.

وقد تم تطوير تطوير biorefinery بشكل مكثف في الولايات المتحدة الأمريكية في السنوات الأخيرة. تم استثمار ما يقرب من 360 مليون دولار في إنتاج الكتلة الحيوية كل عام (2003: حوالي 420 مليون دولار ، 2005: ما يقرب من 310 مليون دولار). هناك ، يتوقع الخبراء أنه بحلول عام 2020 سيتم إنتاج ربع المواد العضوية القائمة على الأحفورة و 10 ٪ من الزيوت والوقود باستخدام تقنيات المكامن البيولوجية.

في الاتحاد الأوروبي ، تم استثمار ما مجموعه 74 مليون يورو في البحوث المتعلقة باستخدام الكتلة الحيوية في إطار برنامج الإطار السادس للبحوث من منتصف 2002 إلى 2006. في إطار برنامج الإطار البحثي السابع (2007-2013) ، فإن إجمالي الميزانية السنوية تم زيادة بنسبة 40 ٪ ، بحيث يتوقع أيضا زيادة في بحوث استخدام الكتلة الحيوية.