Биоресурс

Biorefinery — это объект, который объединяет процессы конверсии биомассы и оборудование для производства топлива, энергии, тепла и химических веществ с добавленной стоимостью из биомассы. Концепция биоресурсов аналогична сегодняшнему нефтеперерабатывающему заводу, который производит несколько видов топлива и продуктов из нефти.

Принцип биореализации аналогичен принципу нефтеперерабатывающего завода, где комплексное сырое масло разделяется на отдельные фракции или компоненты. Некоторые из них преобразуются химическими процессами в другие, более совершенные осаждаемые соединения.

Биоресурсы предназначены, среди прочего, для дополнения и замены сырой нефти в качестве важного сырья в химической промышленности. Кроме того, разнообразие различных химических соединений в биомассе также может создавать новые приложения. Другими важными факторами являются усилия в области климата и охраны окружающей среды.

Концепция биоресурсов с комплексным и высококачественным использованием биомассы в настоящее время находится в стадии разработки. В подходах эта концепция уже реализована, например. Как и в производстве сахара, биоэтанола и биодизеля, где он пытается использовать побочные продукты или побочные продукты высокого качества. Также биогазовые установки иногда называют биоресурсами.

Задача 42 Международного энергетического агентства Bioenergy по биоресурсам определила биореакцию как устойчивую переработку биомассы в спектр продуктов на основе биопродуктов (продукты питания, корма, химикаты, материалы) и биоэнергетику (биотопливо, энергетика и / или тепло).

Путем производства нескольких продуктов биоресурс использует различные компоненты в биомассе и их промежуточные продукты, поэтому максимизирует ценность, полученную из исходного сырья биомассы. Некоторые исследователи рассматривали исследование биоресурсов как практический метод повышения экономической эффективности автономной биомассы в биоэнергетической системе, поскольку биохимические продукты производятся. Биоресурс может, например, производить один или несколько малообъемных, но дорогостоящих, химических или нутрицевтических продуктов и малоценного, но большого объема жидкого транспортного топлива, такого как биодизель или биоэтанол. В то же время, вырабатывая электричество и технологическое тепло, используя комбинированную технологию тепловой и электрической энергии (CHP), для собственного использования и, возможно, для продажи электроэнергии местной коммунальной компании. Высокоценные продукты повышают прибыльность, высокое количество топлива помогает удовлетворить потребности в энергии, а производство электроэнергии помогает снизить затраты на энергию и сократить выбросы парниковых газов от традиционных установок электростанций. Хотя существуют некоторые объекты, которые можно назвать биоперерабатывающими заводами, биоперерабатывающий завод еще предстоит полностью реализовать. Будущие биоресурсы могут играть важную роль в производстве химических веществ и материалов, которые традиционно производятся из нефти.

Биомасса сырья
Концепция биоресурсов в основном зависит от имеющегося сырья. Прежде всего обсуждаются концепции, включающие древесину, крахмальные растения и другие свежие или усиленные растения как сырьевую основу.

Биомасса очень сложна, состоящая из многих органических соединений в самых разных пропорциях. Большая часть соединений представляет собой соединения, которые относятся к жирам, углеводам или белкам (белкам). Кроме того, существует множество других соединений, но обычно они встречаются в более низких пропорциях, таких как. B. вторичные метаболиты (или вторичные растительные вещества).

В зависимости от биомассы эти пропорции меняются. Например, древесина имеет совершенно иной состав по сравнению с растениями крахмала (например, пшеницей, кукурузой), масляными растениями (рапс из масличных культур, травой, соевыми бобами) или растительными отходами.

Концепции завода
В биоремонте предпринимаются попытки изолировать некоторые высококачественные соединения из биомассы. При этом преимущество синтеза природы используется либо для замены дорогостоящих искусственных производственных процессов, либо для получения сложных, не искусственно синтезированных соединений.

Вы можете в фармацевтических целях и в качестве основных химических веществ. Поскольку они обычно составляют лишь небольшую долю, большая часть биомассы остается позади. Это может в свою очередь z. Получают продукты питания, корма или менее качественные химикаты. После того как эти перерабатываемые фракции были извлечены из биомассы, оставшаяся фракция все еще может использоваться для энергетических целей. Он может использоваться как энергия и тепло для эксплуатации установки или для продажи, или биотопливо или синтетическое топливо (BtL, метанол, биометан и т. Д.).

В дополнение к экстракции соединений, присутствующих в биомассе, производство новых соединений из сырья является другой сферой деятельности в биоремонте. Здесь могут быть использованы химические процессы, такие как уже упомянутое производство синтетических топлив, но, в частности, также биотехнологические подходы к производству высокоценных соединений.

Три общих, обсуждаемых концепции завода названы в честь соответствующего сырья:

Типология
Иногда выделяются несколько типов биоресурсов:

в зависимости от сырья или его источника (например, морского, растительного, животного, грибного или лесного хозяйства, сельскохозяйственных, органических отходов и т. д.),
в зависимости от используемых процессов: биоресурсы зеленые (улучшающие соединения, как правило, нестабильная высокая влажность), зерновые, масличные культуры, микроводоросли или макроводоросли, лигноцеллюлозные материалы или целые растения.
в соответствии с конечными продуктами, полученными в результате трансформации, в частности путем объединения в рамках одной категории всех биоресурсов, производящих тип продукта (например, синтез-газ).

Лигноцеллюлозная биореконструкция
В лигноцеллюлозном биоресурсе используется сырьевая древесина, которая состоит в значительной степени из лигноцеллюлозы — структуры лигнина и целлюлозы — и гемицеллюлозы. Также подобная композитная биомасса, такая как солома и трава, и отходы из бумажной промышленности, такие. Поскольку в больших количествах можно использовать богатый лигнином черный щелок.

Лигнин состоит главным образом из производных фенольного ароматического соединения, которые могут быть полезны для химической промышленности. Целлюлоза представляет собой полисахарид (многоатомный сахар) из мономерной глюкозы (гексозы). Это может привести к различным основным химическим веществам. В качестве этанола и этена в качестве исходного материала для производства полиэтилена (ПЭ) и поливинилхлорида (ПВХ) или гидроксиметилфурфурола в качестве исходного материала для получения нейлона дополнительно обрабатывают. Кроме того, глюкоза является субстратом для биотехнологических процессов производства путем ферментации. Гемицеллюлоза также является полисахаридом, но из разных пентоз в виде мономера. Это может быть также особый фурфурол-производный, обработанный или найлон и другие продукты.

Целый завод биоресурсов
Целая растительная биоресурс использует полный урожай, такой как B. кукуруза, пшеница, рожь, тритикале и т. Д. Растения состоят в основном из зерна и лигноцеллюлозной соломы, которые обычно уже отделяются при уборке урожая комбайном. Солома может быть дополнительно обработана в лигноцеллюлозном биоремонте или превращена в синтез-газ (синтез-газ) путем пиролиза. Это составляет основу для синтетических топлив, таких как биомасса-жидкость (BtL) или метанол. Зерно состоит главным образом из глюкозного полимерного крахмала, который может быть далее обработан многими способами. Вы можете z. Б. можно использовать непосредственно в качестве сырья для пищевой или химической промышленности. Производство биопластов, таких. В качестве термопластичного крахмала и использования в качестве ферментационного субстрата возможны.

Зеленый биоресурс
Зеленый биоресурс использует растительный материал, такой как трава, клевер, люцерна или незрелое (зеленое) зерно из сельского хозяйства. Основное отличие от двух других концепций заключается в том, что используется свежая установка, значительно отличаются ингредиенты, отличающиеся от древесных или аберрейфтенских растений. Первым этапом лечения является сжатие растительного сока. Пресс-кект содержит главным образом волокна (целлюлозу), а также крахмал, красители и пигменты. В прессе сок — это белки, аминокислоты, органические кислоты и т. Д. Это может быть, для. B. продукты, такие как молочная кислота, аминокислоты, этанол и т. Д., Могут быть выделены. Прессовую лепешку можно использовать в качестве корма, для получения синтез-газа и биогаза или для извлечения химических соединений.

Процедуры и продукты
В биоресурсе для подготовки сырья требуется множество процедур, выделение определенных фракций и получение дальнейших связей с химическими, химико-физическими и биотехнологическими процессами:

Подготовка z. От:
Нажмите
Дробление путем измельчения, измельчения и т. Д.

Разделение и изоляция (см. Также процесс разделения (технология процесса):
Просеивание и фильтрация
добыча
хроматография
И т.п.

С помощью этих методов могут быть получены вещества и соединения, уже присутствующие в биомассе. По химическим изменениям ассортимент продукции может быть значительно расширен:

Обработка химическими и химико-физическими процессами:
Пиролиз для получения синтез-газа
Использование синтез-газа для синтеза новых соединений, например. B. BtL и другие углеводороды синтезом Фишера-Тропша
Сжигание для выработки электроэнергии и тепла

Химическая модификация с использованием биотехнологических процессов (см. Также «Биотехнология и белая биотехнология»):
Использование сырья или фракций для ферментации, например. B. для производства основных и тонких химических веществ, этанола, биогаза, сырья для производства биопластов, витаминов, аминокислот и т. Д.
Биокатализ с выделенными ферментами для модификации некоторых соединений, например. B. с амилазами для гидролитического расщепления крахмала до глюкозы

Примеры
Полностью действующая компания Blue Marble Energy имеет несколько биоресурсов, расположенных в Одессе, штат Вашингтон и Миссула, MT.

Первый интегрированный биоресурс в Канаде, разработанный Himark BioGas по технологии анаэробного переваривания, расположен в волосатой горах Альберты. Biorefinery использует Source Separated Organics из метро Эдмонтонского региона, открытого навоза кормового пера и отходов пищевой промышленности.

Было предложено несколько возможных вариантов биоресурсов, начиная с исходного сырья, такого как табак, льняная солома и остатки от производства биоэтанола. Было также предложено собрать биоресурсы для сбора как можно большего количества материалов из деревьев (например, целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, липидов).

Технология Chemrec для газификации черного щелока и производства биотоплива второго поколения, такого как биометанол или BioDME, интегрирована с целлюлозной фабрикой-хозяином и использует основной продукт сульфата или сульфитного отхода в качестве исходного сырья.

В Австрии в мае 2009 года в качестве демонстрационного объекта была открыта зеленая биоремонтная фабрика. Существует травяной силос, используемый для получения аминокислот и молочной кислоты. Фиксированные фракции энергично используются на биогазовой установке. Он может обрабатывать 4 тонны силоса травы в час или 100 литров прессованного сока в час. От 150 до 210 кг молочной кислоты и от 80 до 120 кг сырого протеина (аминокислоты) можно получить на тонну сухого вещества силоса. Цель состоит в том, чтобы получить информацию о поддержке промышленных предприятий.

В одном из агентств Renewable Resources e. V. Согласованный проект разработал с 2007 года концепцию процесса для лигноцеллюлозных биоресурсов. В последующем проекте в Леуне (Саксония-Ангальт) будет создана первая опытная установка, обрабатывающая 1,25 т древесины в день. В перспективе возможно использование установок с мощностью переработки 400 000 т / год.

Завод Biowert работает по принципу, аналогичному Green Biorefinery. Сырье — травяной или травяной силос. Это прессуется, и жидкая фракция на биогазовой установке, которая также обеспечивает технологическую энергию или технологическое тепло, ферментируется. Прессовый пресс содержит большое количество волокон, из которых изготавливаются изоляционные материалы или волокнистые добавки для пластмассы (армированный натуральным волокном).

Значение здоровья
Во всех рафинированных растительных маслах используют сложный эфир 3-MCPD-жирной кислоты, в котором содержание сильно отличается отчасти. 3-MCPD был классифицирован как «кандидат человеческого канцерогена» в 2011 году Международным агентством по изучению рака (IARC).

перспективы
Согласно исследованию рынка, проведенному Festel в 2001 году, доля химических веществ, произведенных в биотехнологии, с 30 млрд. Долларов США, составляла около 2,5% от общего объема рынка. К 2010 году прогнозировалось увеличение примерно на 20% (310 млрд. Долларов США с общим оборотом в 1600 млрд. Долларов США). В 2007 году доля составила 48 млрд. Долл. США, что составило 3,5%. В 2010 году доля биотехнологических препаратов составляла 17%.

В последние годы в США интенсивно развивается развитие биоресурсов. Ежегодно в производство биомассы ежегодно инвестировалось около 360 млн. Долл. США (в 2003 году — примерно 420 млн. Долл. США, 2005 год — около 310 млн. Долл. США). Там эксперты ожидают, что к 2020 году четверть текущих органических органических материалов и 10% масел и топлив будет производиться с использованием технологий биоресурсов.

В ЕС в период с середины 2002 по 2006 год в исследования по использованию биомассы в рамках шестой рамочной программы исследований было инвестировано 74 млн. Евро. В 7-й Рамочной программе исследований (2007-2013 гг.) Общий годовой бюджет были увеличены на 40%, так что ожидается также увеличение использования использования биомассы.