Gospodarcze znaczenie biopolimerów

Przyjęcie przez Polskę w 2015 r. agendy na rzecz Zrównoważonego Rozwoju 2030, obliguje do podjęcia działań dążących do realizacji siedemnastu celów zrównoważonego rozwoju. Jednym z zadań jest transformacja gospodarki do gospodarki o obiegu zamkniętym. Założeniem GOZ jest oparcie się na surowcach odnawialnych, nie tylko w kontekście źródeł energetycznych, ale przede wszystkim jako odnawialnych surowców do produkcji szerokiej gamy półproduktów i produktów (bio)chemicznych o dużej wartości dodanej. Takie spojrzenie, tzw. waloryzacja biomasy, daje szereg korzyści ekonomicznych oraz pozwala na modyfikację istniejących i tworzenie nowych łańcuchów surowcowych dla przemysłu chemicznego i pokrewnych. Jest to pozytywny motor napędzający współpracę jednostek naukowych oraz przedsiębiorców w celu wytwarzania przyjaznych środowisku modeli produkcyjnych, minimalizujących odpady i korzystających z odnawialnych źródeł energii.

Projekt Technologia biorafinacji olejów roślinnych do wytwarzania zaawansowanych materiałów kompozytowych realizowany w Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera Polskiej Akademii Nauk, jest odpowiedzią z jednej strony na wyzwania związane z ochroną środowiska, z drugiej zaś na zapotrzebowania rynku związane z kurczącymi się zasobami.

Mając na uwadze stan polskiej gospodarki, która w wielu obszarach oparta jest na polityce stosowania i przetwórstwa węgla czy ropy, jak i ochronę otaczającego nas środowiska, celem projektu jest opracowanie innowacyjnej technologii wykorzystującej zasoby naturalne i demonstrującej ich waloryzację do zaawansowanych materiałów. Technologia ta pozwoli na wykorzystanie olejów roślinnych i umożliwi stworzenie mobilnego prototypu modułu biorafinerii produkującego gamę bakteryjnych polimerów. Mobilna linia umożliwi waloryzację olejów roślinnych do wysokowartościowych polimerów – polihydroksyalkanianów (PHA) – charakteryzujących się szerokim wachlarzem właściwości fizykochemicznych. Technologia to będzie miała zastosowanie dla mieszanin PHA w połączeniu z ceramiką dla specjalistycznych zastosowań w medycynie regeneracyjnej oraz innych komercyjnych zastosowań blend polimerowych dla wytwarzania zaawansowanych form użytkowych (druk 3D) (np. implantów tkanek kostnej i chrzęstnej czy też innych zaawansowanych pozaimplantacyjnych form kompozytowych, tj. materiały elastyczne wykorzystywane na potrzeby przemysłu – tekstylia, opakowania spożywcze, zabawki i inne wyroby plastikowe.

Istotnym aspektem projektu jest zwiększenie potencjału innowacyjności polskiej gospodarki poprzez implementacje technologii syntetyzującej PHA na rynku polskim. Będzie to pierwsza w skali kraju instalacja umożlwiająca kilogramową produkcję polimerów dwóch typów – amorficznego polihydroksyalkanianu (a-PHA) jak i sztywnego polihydroksymaślanu (PHB) z jednego typu wsadu – oleju rzepakowego. W Europie istnieje zaledwie kilka przedsiębiorstw produkujących PHB z cukrów (Biomer, Krailling, Niemcy; Bio-on, Bolonia, Włochy, Novamont, Włochy), oraz te mające zdolność do produkcji elastomerycznych PHA (średniołańcuchowe PHA = mcl-PHA, grupa polimerów w której skład wchodzi aPHA) (Bioplastech Ltd, Dublin, Irlandia; Biopolis, Walencja, Hiszpania). Po za Europą operują firmy takie jak Tianjin Green Bio czy Tian’an (Chiny), Kaneka (Japonia), Biocycle PHA Industrial (Brazylia) czy Metabolix (USA) produkujące głównie krótkołańcuchowe PHA (PHB, PHBcoHex) w znacznej mierze z cukrów. Taka sytuacja na rynku europejskim pozwoli polskiej gospodarce uplasować się na pozycji lidera w symultanicznej produkcji gamy PHA (a-PHA i PHB), w krótkim czasie po realizacji tego projektu. Wypracowanie odpowiedniej technologii dla produkcji równocześnie kilku typów polimerów PHA oraz ich przetwórstwa jest o tyle ważne, iż producenci wykorzystujący konwencjonalne polimery (lub ich blendy) potrzebują zielonych alternatyw aby sprostać wymaganiom legislacyjnym. Alternatywy te jednak muszą spełniać identyczne parametry mechaniczne (fizykochemiczne) w celu minimalizacji kosztów związanych z dostosowaniem obecnie stosowanych linii produkcyjnych.

Realizacja projektu przyczyni się do wzmocnienia istotnych obszarów gospodarki, do których możemy zaliczyć, m.in. aktywizację rolników i zagospodarowanie nieużytków rolnych, m.in. poprzez produkcję roślin oleistych na potrzeby polimerów PHA do zastosowań medycznych. Dodatkowo, technologia pozwoli zwaloryzować niezagospodarowane do tej pory lub zagospodarowane, ale przetwarzane do niskiej jakości produktów, strumienie odpadowe (np. odpad z produkcji biodiesla – gliceryna; pokonsumpcyjne oleje jadalne; odpadowe tłuszcze zwierzęce). Ten aspekt projektu będzie miał wymierne korzyści dla wszystkich grup producentów zaangażowanych w produkcję biodiesla i przetwórstwo pokonsumpcyjnych olejów spożywczych. Mobilny blok biorafinerii dołączony do linii produkującej biodiesel pozwoli na zagospodarowanie odpadu gliceryny, który stanowi duże wyzwanie utylizacyjne dla producentów.

Istotnym czynnikiem wyróżniającym projekt, jest wskazana mobilność technologii, tj. możliwość umieszczenia w dowolnym zakładzie produkcyjnym, np. zintegrowany system oczyszczalni ścieków zbierający strumienie odpadowe. Opisywana technologia prototypu mobilnej linii pozwoli przetestować komponenty wchodzące w jej proponowany układ technologiczny. Na podstawie analizy techniczno-ekonomicznej zostaną opracowane propozycje mobilnych modułów biorafineryjnych umożliwiające ich instalacje u potencjalnych odbiorców reprezentujących różne dziedziny przetwórstwa olejów roślinnych czy olejowych strumieni odpadowych.

Efektem projektu będzie dostarczenie na rynek półproduktów o szerokich właściwościach fizycznych i fizykochemicznych – alternatywy dla istniejących obecnie materiałów używanych podczas formowania przestrzennego. Jest to jeden z ważniejszych aspektów proponowanego projektu. Projekt pozwoli nie tylko zwaloryzować glicerynę i kwasy tłuszczowe na przykładzie hydrolizy oleju rzepakowego i ich fermentacji do PHB i aPHA, lecz również zaprezentować możliwości łączenia tych dwóch polimerów w blendy czy kompozyty ceramiczne pokazując możliwości ich zastosowania. Mieszaniny polimerowe PHA pozwolą rozwinąć gamę biodegradowalnych alternatyw dla ogólnie rozumianego przemysłu polimerowego.


Autor: Mariusz Sołtysik, Maciej Guzik

Artykuł przygotowany w ramach projektów BLOOM i Inicjatywa Awangarda

BloomAwangarda

PODZIEL SIĘ