바이오 리파이너리 (biorefinery)는 바이오 매스로부터 연료, 전력, 열 및 부가가치 화학 물질을 생산하기위한 바이오 매스 전환 공정 및 장비를 통합하는 시설입니다. 바이오 리파이너리의 개념은 여러 가지 연료와 석유 제품을 생산하는 오늘날의 석유 정제소와 유사합니다.
바이오 리파이너리의 원리는 복합 화합물 원유가 개별 분획물 또는 성분으로 분리되는 정유소의 원리와 유사합니다. 이들 중 일부는 화학 공정에 의해 다른 잘 정제 된 화합물로 전환됩니다.
바이오 리파이너리는 화학 산업에서 중요한 원재료로 원유를 보충하고 대체하기위한 것입니다. 또한, 바이오 매스의 다양한 화학 화합물이 새로운 응용 분야를 창출 할 수 있습니다. 다른 중요한 요소는 기후 및 환경 보호 노력입니다.
바이오 매스의 총체적이고 고품질의 사용을 지닌 바이오 리파이너리의 개념은 현재 개발 중이다. 접근 방식에서이 개념은 이미 구현되어 있습니다. 설탕, 바이오 에탄올 및 바이오 디젤의 생산에서와 마찬가지로 고품질의 부산물 또는 부산물을 사용하려고합니다. 또한 바이오 가스 플랜트는 때로는 바이오 리파이너리 (biorefinery)라고도합니다.
Biorefineries의 International Energy Agency Bioenergy Task 42는 생물 기반 제품 (식품, 사료, 화학 물질, 재료) 및 바이오 에너지 (바이오 연료, 전력 및 / 또는 열)의 스펙트럼에 바이오 매스의 지속 가능한 처리로서 바이오 리파이닝을 정의했습니다.
여러 제품을 생산함으로써, 바이오 리파이너리는 바이오 매스의 다양한 구성 요소와 그 중간체를 활용하여 바이오 매스 공급 원료로부터 얻은 가치를 극대화합니다. 일부 연구원은 생화학 물질이 생산되기 때문에 생물 에너지 시스템에 대한 독립형 바이오 매스의 경제적 성능을 향상시키는 실용적인 방법으로 바이오 리파이너리를 탐구하는 것을 고려 해왔다. 바이오 리파이너리는 예를 들어 하나 또는 여러 개의 작은 부피의, 화학 제품 또는 영양 제품 및 바이오 디젤 또는 바이오 에탄올과 같은 저용량, 그러나 대량의 액체 수송 연료가 포함됩니다. 동시에 열 및 전력 (CHP) 기술을 결합하여 전기를 생산하고 열을 처리하여 자체 용도로 사용하고 아마도 지역 전력 회사에 전기를 판매하기에 충분할 것입니다. 고 부가가치 제품은 수익성을 높이고, 대량 연료는 에너지 요구를 충족 시키며, 전력 생산은 에너지 비용을 낮추고 전통적인 발전소 시설의 온실 가스 배출을 줄이는 데 도움이됩니다. 바이오 정제소라고 할 수있는 시설이 있지만 바이오 정제소는 아직 완전히 실현되지 않았습니다. 미래의 바이오 리파이너리는 전통적으로 석유에서 생산되는 화학 물질 및 물질을 생산하는 데 중요한 역할을 담당 할 수 있습니다.
원료 바이오 매스
바이오 리파이너리의 개념은 기본적으로 사용 가능한 원료에 달려 있습니다. 무엇보다도 목재, 전분 식물 및 기타 원료 또는 기초 식물을 포함하는 개념에 대해 논의합니다.
바이오 매스는 매우 다른 유기 화합물로 구성되어 매우 다양합니다. 화합물의 상당 부분은 지방, 탄수화물 또는 단백질 (단백질)에 속하는 화합물입니다. 또한, 수많은 다른 화합물이 있지만 일반적으로 낮은 비율로 발생합니다. B. 2 차 대사 산물 (또는 2 차 식물 물질).
바이오 매스에 따라 이러한 비율은 다양합니다. 예를 들어, 목재는 전분 식물 (예 : 밀, 옥수수), 유지 (유채, 잔디, 대두) 또는 식물 폐기물과 비교할 때 분명히 다른 조성을 가지고있다.
식물 개념
바이오 리파이너리 (biorefinery)에서는 특정 고품질 화합물을 바이오 매스로부터 격리하려는 시도가 있습니다. 그렇게함으로써, 자연의 합성 우위는 값 비싼 인위적인 제조 공정을 대체하거나 복잡하고 인위적으로 합성되지 않은 화합물을 얻는 데 사용됩니다.
제약 목적 및 기본 화학 물질로 사용할 수 있습니다. 그들은 보통 작은 비율을 차지하기 때문에, 바이오 매스의 상당 부분이 뒤에 남아 있습니다. 이것은 차례로 z입니다. 음식, 사료 또는 덜 우수한 품질의 화학 물질이 얻어집니다. 일단 이러한 재활용 가능한 분획이 바이오 매스로부터 추출되면, 나머지 분획은 여전히 에너지 목적으로 사용될 수있다. 발전소 운영 또는 판매를위한 전력 및 열로서, 또는 바이오 연료 또는 합성 연료 (BtL, 메탄올, 바이오 메탄 등)가 생성 될 수 있습니다.
바이오 매스에 존재하는 화합물을 추출하는 것 외에도, 원료로부터 새로운 화합물을 생산하는 것은 바이오 리파이너리 (biorefinery) 내의 또 다른 활동 분야이다. 여기에는 이미 언급 한 합성 연료 생산과 같은 화학 공정이 사용될 수 있지만, 특히 고 부가가치 화합물 생산을위한 생물 공학적 접근법도 사용할 수 있습니다.
세 가지 공통적 인, 논의 된 공장 개념은 각각의 원료 다음에 이름 붙여집니다.
유형학
몇 가지 유형의 바이오 리파이너리가 때로는 구별됩니다.
원재료 또는 원산지 (예 : 해양, 채소, 동물, 곰팡이 또는 임업, 농업, 유기 폐기물 등)에 따라
(biorefineries green) (전형적으로 불안정한 고습도의 화합물 강화), 곡물, 지방 종자, 미세 조류 또는 거대 조류, 리그 노 셀룰로오스 물질 또는 식물 전체에 사용되는 공정에 따라 달라질 수 있습니다.
특히 유형의 제품 (예 : 합성 가스)을 생산하는 모든 바이오 환기 장치를 같은 범주에 모아 둠으로써 변환으로 인한 최종 생성물에 따라 달라집니다.
리그 노 셀룰로오스 바이오 정제
lignocellulosic biorefinery는 lignocellulose의 큰 범위 – 리그닌과 셀룰로오스의 구조 -와 hemicellulose로 구성된 원료 목재를 사용합니다. 또한 짚과 풀과 같은 유사한 합성 바이오 매스와 제지 업계의 폐기물 등. 많은 양의 리그닌이 풍부한 흑액을 사용할 수 있기 때문에 사용할 수 있습니다.
리그닌은 주로 화학 산업에 유용 할 수있는 방향족 화합물 페놀의 유도체로 구성됩니다. 셀룰로오스는 단량체 포도당 (hexose)의 다당류 (다가 당)입니다. 이것은 다양한 기본 화학 물질로 이어질 수 있습니다. 에탄올 및 에텐은 폴리에틸렌 (PE) 및 폴리 염화 비닐 (PVC) 또는 나일론 생산을위한 출발 물질로서 히드 록시 메틸 푸르 푸랄 (hydroxymethylfurfural)의 제조를위한 출발 물질로서 추가 가공된다. 또한, 포도당은 발효에 의한 생명 공학 생산 공정의 기반이됩니다. 헤미셀룰로오스는 또한 다당류이지만, 단량체 (pentose)로서 다른 페 코스 (pentoses)에서 유래한다. 이것은 특정 푸르 푸랄 (furfural) – 가공 된 유도체 또는 나일론 및 기타 제품 일 수도 있습니다.
전체 식물 바이오 리파이너리
전체 식물 바이오 리파이너리는 B. 옥수수, 밀, 호밀, triticale 등과 같은 완전한 작물을 사용합니다. 식물은 본질적으로 곡물과 lignocellulosereichen 밀짚으로 구성되며, 이들은 일반적으로 수확기로 수확시 분리됩니다. 이 짚은 리그 노 셀룰로오스 (lignocellulosic) 바이오 리파이너리에서 추가 처리되거나 열분해에 의해 합성 가스 (합성 가스)로 전환 될 수 있습니다. 이것은 바이오 매스 – 투 – 액체 (BtL) 또는 메탄올과 같은 합성 연료의 기초를 형성합니다. 곡물은 포도당 폴리머 전분으로 주로 구성되며, 여러 가지 방법으로 추가 처리 될 수 있습니다. z 할 수 있습니다. B. 식품 또는 화학 산업의 원료로 직접 사용될 수 있습니다. 생물 플라스틱 생산. 열가소성 전분 및 발효 기질로서의 사용이 가능하다.
녹색 바이오 리파이너리
Green Biorefinery는 As grass, clover, alfalfa 또는 미숙 한 (녹색) 곡물과 같은 식물 재료를 농업에서 사용합니다. 다른 두 가지 개념의 주요한 차이점은 신선한 식물이 사용된다는 것인데, 목재 또는 abgereiften 식물과는 다른 성분이 상당히 많이 사용됩니다. 첫 번째 처리 단계는 식물 주스를 짜내는 것입니다. 프레스 케이크는 주로 섬유 (셀룰로오스)와 전분, 염료 및 안료를 포함합니다. 프레스 주스에는 단백질, 아미노산, 유기산 등이 있습니다. 나. 젖산, 아미노산, 에탄올 등의 제품을 분리 할 수있다. 프레스 케이크는 합성 가스 및 바이오 가스의 생산 또는 화학 물질 추출을위한 사료로 사용될 수 있습니다.
절차 및 제품
바이오 리파이너리에서는 원료를 준비하고 특정 분획물을 분리하고 화학적, 화학적 – 물리적 및 생물 공학적 방법으로 더 많은 연결을 유도하기 위해 다양한 절차가 필요합니다.
준비 z. 으로:
프레스
분쇄, 파쇄 등의 분쇄
분리 및 격리 (분리 공정 (공정 공학) 참조) :
체질 및 여과
추출
크로마토 그래피
기타.
이러한 방법으로 이미 바이오 매스에 존재하는 물질 및 화합물을 얻을 수 있습니다. 화학 변화에 의해, 제품 범위는 여전히 크게 확장 될 수 있습니다 :
화학적 및 화학적 물리적 처리로 처리 :
합성 가스 생산을위한 열분해
새로운 화합물의 합성을위한 합성 가스의 사용, 예. B. 피셔 – 트 롭쉬 합성에 의한 BtL 및 다른 탄화수소
전기와 열을 생산하는 연소
생명 공학 프로세스를 이용한 화학 변형 (Biotechnology and White Biotechnology 참조) :
발효를위한 원료 또는 분획의 사용, 예. B. 기초 및 정밀 화학 제품, 에탄올, 바이오 가스, 바이오 플라스틱, 비타민, 아미노산 등의 생산 원료.
특정 화합물의 변형을위한 분리 된 효소를 이용한 생 촉매 작용. B. 전분의 포도당으로의 가수 분해 절단을위한 아밀라아제와 함께
예제들
완전히 운영 가능한 Blue Marble Energy 회사는 워싱턴 주 오데사와 MT Missoula에 위치한 여러 바이오 리파이너리를 보유하고 있습니다.
Himark BioGas의 혐기성 소화 기술로 개발 된 캐나다 최초의 Integrated Biorefinery는 알버타의 Hairy Hill에 위치하고 있습니다. Biorefinery는 메트로 에드먼튼 지역의 원천 분리 유기물, 오픈 펜 피드 롯 비료 및 식품 가공 폐기물을 사용합니다.
몇몇 잠재적 인 바이오 리파이너리 (biorefinery)의 예가 제안되었는데, 이는 담배, 아마와 같은 원료 및 바이오 에탄올의 생산 잔류 물에서 시작된다. Biorefineries는 가능한 한 나무 (즉, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 지질)로부터 많은 물질을 모으기 위해 제안되었다.
Chemrec의 흑액 가스화 기술과 바이오 메탄올 또는 BioDME와 같은 2 세대 바이오 연료 생산 기술은 호스트 펄프 공장과 통합되어 주요 황산염 또는 아황산염 공정 폐기물을 원료로 사용합니다.
오스트리아에서는 2009 년 5 월 시범 시설로 녹색 바이오 리파이너리가 개장했습니다. 아미노산과 유산에서 유래 한 풀 사일리지가 있습니다. 고정 분획은 바이오 가스 플랜트에서 정력적으로 활용됩니다. 시간당 잔디 사일리지 4 톤 또는 시간 당 압착 주스 100 리터를 처리 할 수 있습니다. 사일리지 건조 물질 1 톤당 150 ~ 210kg의 젖산과 80 ~ 120kg의 조단백질 (아미노산)을 얻을 수 있습니다. 목표는 산업 플랜트의 설계를 지원하는 통찰력을 얻는 것입니다.
기관 신 재생 에너지 중 하나에서 e. V. coordinated project는 lignocellulosic biorefineries에 대한 2007 년 공정 개념부터 개발되었다. 후속 프로젝트에서는 Leuna (Saxony-Anhalt)에 첫 번째 파일럿 플랜트가 설치되어 하루 1.25 톤의 목재를 처리하게됩니다. 장기적으로 400,000t / a의 처리 능력을 갖춘 설비가 고려된다.
Biowert 공장은 Green Biorefinery와 비슷한 원리로 작동합니다. 원료는 잔디 또는 풀 사일리지입니다. 이것은 또한 발효 된 공정 에너지 또는 공정 열을 공급하는 바이오 가스 플랜트의 가압 된 액체 분획입니다. 프레스 케이크는 플라스틱 (천연 섬유 강화 플라스틱) 용 단열재 또는 섬유 첨가제가 생산되는 섬유의 비율이 높습니다.
건강의 중요성
모든 정제 된 식물성 오일에는 발견 할 3-MCPD- 지방산 에스테르가 있으며, 내용물의 일부가 크게 다릅니다. 3-MCPD는 국제 암 연구소 (IARC)에 의해 2011 년에 “인간 발암 물질 후보”로 분류되었습니다.
원근법
2001 년 Festel의 시장 조사에 따르면 바이오 테크놀로지로 제조 된 300 억 US $의 화학 제품의 시장 점유율은 전체 시장의 약 2.5 %였습니다. 2010 년까지 대략 20 %의 증가가 예측됩니다 (총 매출액 1 천 6 백억 달러로 310 억 US $). 2007 년에 US $ 480 억, 3.5 %를 차지했습니다. 2010 년 생명 공학 기술로 생산 된 의약품의 비율은 17 %입니다.
최근 미국에서 바이오 리파이너리의 개발이 집중적으로 추진되고있다. 매년 약 3 억 6000 만 달러가 바이오 매스 생산에 투자되었다 (2003 년 : 약 4 억 2000 만 달러, 2005 년 : 약 3 억 1000 만 달러). 전문가들은 2020 년까지 현재의 화석 기반 유기 물질의 1/4과 오일 및 연료의 10 %가 바이오 정제 기술을 사용하여 생산 될 것으로 기대합니다.
EU에서는 2002 년 중반부터 2006 년 사이에 여섯 번째 연구 프레임 워크 프로그램 (Research Framework Programme)에 따라 바이오 매스 사용에 대한 연구에 총 7 천 4 백만 유로가 투자되었습니다. 제 7 차 연구 프레임 워크 프로그램 (2007-2013)에서 연간 총 예산은 40 % 증가하여 바이오 매스 이용도 증가 할 것으로 기대된다.