Uma biorrefinaria é uma instalação que integra processos e equipamentos de conversão de biomassa para produzir combustíveis, energia, calor e produtos químicos de valor agregado a partir da biomassa. O conceito de biorrefinaria é análogo à atual refinaria de petróleo, que produz vários combustíveis e produtos derivados do petróleo.

O princípio da biorrefinaria é semelhante ao de uma refinaria de petróleo, onde o complexo de petróleo bruto é separado em frações ou componentes individuais. Algumas delas são convertidas por processos químicos em outros compostos melhor colonizáveis.

As biorrefinarias destinam-se, entre outras coisas, a suplementar e substituir o petróleo bruto como uma importante matéria-prima na indústria química. Além disso, a variedade de diferentes compostos químicos na biomassa também poderia criar novas aplicações. Outros fatores importantes são os esforços de proteção climática e ambiental.

O conceito de biorrefinaria com um uso holístico e de alta qualidade da biomassa ainda está em desenvolvimento. Nas abordagens, esse conceito já está implementado, por exemplo. Como na produção de açúcar, bioetanol e biodiesel, onde está tentando usar os subprodutos ou subprodutos de alta qualidade. Também as usinas de biogás são algumas vezes chamadas de biorrefinaria.

A Tarefa 42 da Bioenergia da Agência Internacional de Energia sobre Biorrefinarias definiu a biorrefinariedade como o processamento sustentável de biomassa em um espectro de produtos de base biológica (alimentos, rações, produtos químicos, materiais) e bioenergia (biocombustíveis, energia e / ou calor).

Ao produzir múltiplos produtos, uma biorrefinaria aproveita os vários componentes da biomassa e seus intermediários, maximizando assim o valor derivado da matéria-prima de biomassa. Alguns pesquisadores consideraram a exploração de uma biorrefinaria como um método prático de melhorar o desempenho econômico da biomassa independente para o sistema de bioenergia desde a produção de bioquímicos. Uma biorrefinaria poderia, por exemplo, produzir um ou vários de baixo volume, mas de alto valor; produtos químicos ou nutracêuticos e um combustível de transporte de baixo valor, mas de alto volume, como biodiesel ou bioetanol. Ao mesmo tempo, gera eletricidade e calor de processo, através da tecnologia combinada de calor e energia (CHP), para uso próprio e talvez suficiente para a venda de eletricidade para a concessionária local. Os produtos de alto valor agregado aumentam a lucratividade, o combustível de alto volume ajuda a atender às necessidades de energia e a produção de energia ajuda a reduzir os custos de energia e a reduzir as emissões de gases de efeito estufa das usinas elétricas tradicionais. Embora existam algumas instalações que possam ser chamadas de bio-refinarias, a biorrefinaria ainda não foi totalmente realizada. Biorrefinarias futuras podem desempenhar um papel importante na produção de produtos químicos e materiais que são tradicionalmente produzidos a partir do petróleo.

Biomassa de Matéria Prima
O conceito de uma biorrefinaria depende essencialmente da matéria-prima disponível. Acima de tudo, conceitos que incluem madeira, plantas de amido e outras plantas frescas ou ensiladas como base de matéria-prima são discutidas.

A biomassa é muito complexa, composta de muitos compostos orgânicos diferentes em proporções muito diferentes. Uma grande proporção dos compostos são compostos que pertencem às gorduras, carboidratos ou proteínas (proteínas). Além disso, existem numerosos outros compostos, mas geralmente ocorrem em proporções menores, como. B. os metabólitos secundários (ou substâncias vegetais secundárias).

Dependendo da biomassa, essas proporções variam. A madeira, por exemplo, tem uma composição nitidamente diferente comparada a plantas de amido (por exemplo, trigo, milho), plantas oleaginosas (colza, grama, soja) ou resíduos vegetais.

Conceitos Vegetais
Em uma biorrefinaria, são feitas tentativas para isolar certos compostos de alta qualidade da biomassa. Ao fazê-lo, a vantagem de síntese da natureza é usada para substituir processos de fabricação artificiais caros ou para obter compostos complexos sintetizados artificialmente.

Você pode para fins farmacêuticos e como produtos químicos básicos. Como geralmente são apenas uma pequena proporção, uma grande parte da biomassa permanece para trás. Isso pode, por sua vez, z. À medida que alimentos, rações ou produtos químicos menos de alta qualidade são obtidos. Uma vez que essas frações recicláveis ​​tenham sido extraídas da biomassa, a fração remanescente ainda pode ser usada para fins energéticos. Pode como energia e calor para operação de fábrica ou para venda, ou biocombustíveis ou combustíveis sintéticos (BtL, metanol, biometano, etc.) são gerados.

Além da extração de compostos presentes na biomassa, a produção de novos compostos a partir da matéria-prima é outro campo de atividade dentro de uma biorrefinaria. Aqui, processos químicos, como a já mencionada produção de combustíveis sintéticos, podem ser usados, mas em particular também abordagens biotecnológicas para a produção de compostos de maior valor.

Os três conceitos de plantas comuns e discutidos são nomeados a partir da respectiva matéria-prima:

Tipologia
Vários tipos de biorrefinarias são por vezes distinguidos:

dependendo da matéria-prima ou de sua fonte (por exemplo, marinho, vegetal, animal, fúngico ou florestal, agrícola, lixo orgânico, etc.),
dependendo dos processos utilizados: biorrefinarias verdes (aumentando compostos tipicamente alta umidade instável), cereais, oleaginosas, microalgas ou macro algas, materiais lignocelulósicos ou plantas inteiras.
de acordo com os produtos finais resultantes da transformação, em particular reunindo sob a mesma categoria todas as biorrefinarias que produzem um tipo de produto (gás de síntese, por exemplo).

Biorrefinaria lignocelulósica
Uma biorefinaria lignocelulósica utiliza a madeira da matéria-prima, que consiste em grande parte de lignocelulose – uma estrutura de lignina e celulose – e hemicelulose. Também biomassa composta semelhante, como palha e grama, e resíduos da indústria de papel, tais. Como o incorrido em grandes quantidades de licor negro rico em lignina pode ser usado.

A lignina consiste principalmente de derivados do composto aromático fenol, que poderiam ser úteis para a indústria química. A celulose é um polissacarídeo (açúcar poli-hídrico) do monômero de glicose (uma hexose). Isso pode levar a vários produtos químicos básicos, tais. Como etanol e eteno como material de partida para a produção de polietileno (PE) e cloreto de polivinila (PVC) ou para hidroximetilfurfural como material de partida para a produção de nylon, posteriormente processados. Além disso, a glicose é um substrato para processos de produção biotecnológica por fermentação. A hemicelulose também é um polissacarídeo, mas de diferentes pentoses como monômero. Isso também pode ser um determinado furfural – derivado são processados ​​ou nylon e outros produtos.

Biorefinaria de plantas inteiras
Uma biorrefinaria de planta inteira usa a colheita completa, como B. milho, trigo, centeio, triticale, etc. As plantas consistem essencialmente do grão e da palha de lignocellulosereichen, que normalmente já se separam na colheita com uma ceifeira debulhadora. A palha pode ser posteriormente processada em uma biorrefinaria lignocelulósica ou convertida em gás de síntese (syngas) por pirólise. Isso forma a base para combustíveis sintéticos, como biomassa para líquido (BtL) ou metanol. O grão consiste principalmente do amido polimérico de glicose, que pode ser processado de várias maneiras. Você pode z. B. pode ser usado diretamente como matéria-prima da indústria alimentícia ou química. A produção de bioplásticos, tais. Como amido termoplástico e uso como substrato de fermentação são possíveis.

Biorrefinaria verde
A Biorefinaria Verde utiliza material vegetal, como grama, trevo, alfafa ou grão imaturo (verde) da agricultura. Uma diferença importante com os outros dois conceitos é que a planta fresca é usada, os ingredientes são diferentes da madeira ou de plantas significativas. O primeiro passo do tratamento é o espremer do suco da planta. O bolo de prensa contém principalmente fibras (celulose), bem como amido, corantes e pigmentos. Na imprensa suco são proteínas, aminoácidos, ácidos orgânicos, etc Isso poderia, para. B. produtos como ácido láctico, aminoácidos, etanol, etc. podem ser isolados. O bolo de prensagem pode ser usado como alimento, para a produção de gás de síntese e biogás ou para a extração de compostos químicos.

Procedimentos e Produtos
Na biorrefinaria, é necessária uma variedade de procedimentos para preparar a matéria-prima, isolar certas frações e obter outras conexões com processos químicos, físico-químicos e biotecnológicos:

Preparação z. Por:
pressione
Esmagando moendo, triturando etc.

Separação e isolamento por (ver também processo de separação (engenharia de processo):
Peneiramento e filtração
Extração
cromatografia
Etc.

Com estes métodos, substâncias e compostos já presentes na biomassa podem ser obtidos. Por mudança química, a gama de produtos ainda pode ser significativamente expandida:

Processamento com processos químicos e físico-químicos:
Pirólise para a produção de gás de síntese
Uso de gás de síntese para a síntese de novos compostos, por exemplo. B. BtL e outros hidrocarbonetos pela síntese de Fischer-Tropsch
Combustão para gerar eletricidade e calor

Modificação química usando processos biotecnológicos (veja também Biotecnologia e Biotecnologia Branca):
Uso da matéria-prima ou de frações para fermentações, por exemplo. B. para a produção de produtos químicos básicos e finos, etanol, biogás, matérias-primas para a produção de bioplásticos, vitaminas, aminoácidos, etc.
Biocatálise com enzimas isoladas para a modificação de certos compostos, por ex. B. com amilases para a clivagem hidrolítica do amido em glicose

Exemplos
A empresa totalmente operacional Blue Marble Energy possui várias biorrefinarias localizadas em Odessa, WA e Missoula, MT.

A primeira Biorrefinaria Integrada do Canadá, desenvolvida com base na tecnologia de digestão anaeróbica da Himark BioGas, está localizada em Hairy Hill, Alberta. A Biorrefinaria utiliza Organics Separados por Fonte da região metropolitana de Edmonton, o Estrume de Manancial Open Pen e o Resíduo de Processamento de Alimentos.

Vários exemplos potenciais de biorrefinaria foram propostos, a partir de matérias-primas como o tabaco, a palha de linho e os resíduos da produção de bioetanol. Também foram propostas biorrefinarias para reunir o máximo possível de materiais de árvores (celulose, hemicelulose, lignina, lipídios).

A tecnologia da Chemrec para gaseificação de licor negro e produção de biocombustíveis de segunda geração, como biometanol ou BioDME, é integrada a uma fábrica de celulose hospedeira e utiliza um importante produto residual de processo de sulfato ou sulfito como matéria-prima.

Na Áustria, uma biorefinaria verde foi inaugurada em maio de 2009 como uma instalação de demonstração. Há silagem de capim costumava ser derivada dos aminoácidos e ácido láctico. As frações fixas são utilizadas energeticamente em uma usina de biogás. Pode processar 4 toneladas de silagem de capim por hora ou 100 litros de suco prensado por hora. De 150 a 210 kg de ácido lático e de 80 a 120 kg de proteína bruta (aminoácidos) podem ser obtidos por tonelada de matéria seca da silagem. O objetivo é obter insights que apoiem o projeto de plantas industriais.

Em uma das agências Renewable Resources e. V. projeto coordenado foram desenvolvidos desde 2007 conceitos de processo para biorrefinarias lignocelulósicas. Em um projeto de acompanhamento, uma primeira planta piloto será instalada em Leuna (Saxônia-Anhalt), processando 1,25 t de madeira por dia. No longo prazo, plantas com capacidade de processamento de 400.000 t / a são consideradas possíveis.

A fábrica da Biowert trabalha com um princípio semelhante ao da Biorefinaria Verde. A matéria-prima é a silagem de grama ou grama. Este é pressionado e a fração líquida em uma usina de biogás, que também fornece energia de processo ou calor de processo, é fermentada. O bolo de prensagem contém uma alta proporção de fibra a partir da qual materiais de isolamento ou aditivos fibrosos para plástico (plástico reforçado com fibra natural) são produzidos.

Significado de saúde
Em todos os �eos vegetais refinados encontram-se �teres de �idos gordos 3-MCPD, em que os teores diferem largamente em parte. O 3-MCPD foi classificado como “carcinogênico humano candidato” em 2011 pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC).

Perspectiva
De acordo com um estudo de mercado realizado pelo Festel em 2001, a participação de produtos químicos biotecnologicamente fabricados com 30 bilhões de dólares era de cerca de 2,5% do mercado total. Até 2010, um aumento de aproximadamente 20% foi previsto (US $ 310 bilhões com um faturamento total de US $ 1600 bilhões). Em 2007, a participação foi de US $ 48 bilhões, 3,5%. Em 2010, a proporção de medicamentos produzidos biotecnologicamente foi de 17%.

O desenvolvimento da biorrefinaria foi intensamente promovido nos EUA nos últimos anos. Aproximadamente US $ 360 milhões foram investidos na produção de biomassa a cada ano (2003: aproximadamente US $ 420 milhões, 2005: aproximadamente US $ 310 milhões). Lá, os especialistas esperam que até 2020 um quarto dos atuais materiais orgânicos baseados em fósseis e 10% dos óleos e combustíveis serão produzidos usando tecnologias de biorrefinaria.

Na UE, foram investidos um total de 74 milhões de euros na investigação sobre a utilização da biomassa no âmbito do Sexto Programa-Quadro de Investigação entre meados de 2002 e 2006. No 7º Programa-Quadro de Investigação (2007-2013), o orçamento total anual foi aumentado em 40%, de modo que um aumento na pesquisa da utilização da biomassa também é esperado.