Search

Biorafinerije su postrojenja za pretvorbu obnovljive biomase u različite kemikalije, materijale i goriva. Cilj biorafinerija je maksimalno iskorištavanje svih sastojaka biomase za proizvodnju primarnih i različitih sekundarnih proizvoda veće dodane vrijednosti. U ovom istraživanju razvijen je novi održivi biorafinerijski sustav za proizvodnju biogoriva i biokemikalija iz otpadnih lignoceluloznih sirovina. Primjenom fizikalno-kemijskih i enzimskih metoda provedena je uspješna predobrada različitih lignoceluloznih sirovina. U hranjivim podlogama dobivenima nakon kiselinske hidrolize kukuruznih oklasaka u visokotlačnom reaktoru i enzimske hidrolize predobrađenih kukuruznih oklasaka provedeni su bioprocesi s plijesni Mucor indicus DSM 2185 u tri laboratorijska bioreaktora različitih konstrukcija, te su proizvedene biokemikalije kao što su etanol, ksilitol i glicerol. Dodatno, nusproizvodi pojedinih postupaka proizvodnje enzima ili baznih kemikalija, kao što su tekući ostaci hranjivih podloga i biomasa plijesni, korišteni su za proizvodnju biomase nesumpornih ljubičastih bakterija (izolacija pigmenata) i izopropanola, te za izolaciju biomaterijala (hitina, hitozana i masnih kiselina) podupirući dodatno biorafinerijski sustav proizvodnje različitih bioproizvoda, a težeći principu tzv. „zero waste“ biorafinerije. Materijalnom bilancom je ustanovljeno da su za proizvodnju 1 kg etanola potrebna 7,48 kg kukuruznih oklasaka i 150,35 L 0,5% sumporne kiseline. Osim etanola dobiveno je i 2,39 kg izopropanola i 1,27 kg octene kiseline, dok je iz biomase plijesni i bakterija moguće izolirati 0,21 kg hitina, 0,14 kg hitozana, 0,18 kg masnih kiselina i 6,73 g pigmenata. Biorefineries are plants used for the conversion of renewable biomass into various chemicals, materials, and fuels. The goal of biorefineries is the maximum utilization of all biomass components to produce primary and various secondary products of higher added value. In this research, a new sustainable biorefinery system for the production of biofuels and biochemicals from waste lignocellulosic raw materials was developed. Pre-processing of various lignocellulosic raw materials was performed using physio-chemical and enzymatic methods. In the substrates, obtained after acid hydrolysis of corn cobs in a high-pressure reactor and enzymatic hydrolysis of pre-treated corn cobs, bioprocesses were performed using Mucor indicus DSM 2185 as the working microorganism in three different types of laboratory bioreactors, which resulted in the production of different biochemicals such as bioethanol, xylitol, and glycerol. In addition, by-products of certain processes like the by-products of the enzyme production process or chemical production processes, such as waste media and mold biomass were respectively used, for the production of non-sulfur purple bacteria biomass (pigment isolation) and isopropanol production, and for different biomaterial isolation (chitin, chitosan, and fatty acids) which contributed to the approach of producing a range of different organic products and striving for the principle of so-called zero waste biorefineries. The material balance established that the production of 1 kg of ethanol requires 7,48 kg of corn cobs and 150,35 L of 0.5% sulfuric acid. In addition to ethanol, it is possible to obtain 2.39 kg of isopropanol and 1.27 kg of acetic acid. From the mold and bacterial biomass, it is possible to isolate 0.21 kg of chitin, 0.14 kg of chitosan, 0.18 kg of fatty acids, and 6.73 g of pigments.

Sve veće potrebe za ekološki i ekonmski održivim proizvodnjama dovele su do razvoja biorafinerija i iskorištavanja obnovljivih izvora energije. Biorafinerija je integrativni i višenamjenski koncept koji koristi lignoceluloznu biomasu za održivu proizvodnju, a uključuje selektivnu transformaciju različitih molekula biomase u biokemikalije, biopolimere, biogoriva i druge spojeve. Cilj ovog rada je ispitati utjecaj različitih tipova bioreaktora na rast plijesni Mucor indicus čija biomasa je bogata masnim kiselinama, dok je proizvod asimilacije šećera iz hranjive podloge ksilitol. Uzgojem plijesni Mucor indicus u biorekatoru s mješalom proizvelo se 6,634393 g/L ksilitola, 3,5414 g/L suhe tvari biomase koja je sadržavala 72,5 % nezasićenih masnih kiselina s najvećim udjelom cis-9 oktadekanoična kiseline u postotku od 50,5 %. Kad se plijesan Mucor indicus uzgajala u babotirajućem bioreaktoru dobilo se 0,750836 g/L ksilitola, 4,624 g/L biomase koja je sadržavala 82,4 % nezasićenih masnih kiselina s najvećim udjelom cis-9-oktadekanoične kiseline u postotku od 47,11 %. Kako bi se dodatno smanjila količina otpada, na iskorištenim podlogama iz uzgoja plijesni proveo se uzgoj fototrofnih ljubičastih nesumpornih bakterija u svrhu iscrpljivanja izvora ugljika i dušika iz navedenih podloga. Tijekom uzgoja ljubičastih nesumpornih bakterija pratio se utjecaj različitih izvora svjetlosti, na rast i sintezu bakterioklorofila a. The growing need for both ecologically and economically sustainable production systems has brought to the development of biorefineries and the use of renewable raw materials. A biorefinery is an integrative and multipurpose concept that uses lignocellulosic biomass for sustainable production which includes a selective transformation of different biomass molecules into biochemicals, biopolymers, biofuel, and other components. The purpose of this thesis is to examine the influence of different bioreactor types on Mucor indicus growth, whose biomass is rich with fatty acids whereas the product of sugar assimilation is xylitol. Cultivating Mucor indicus in a stirred-tank bioreactor resulted in the production of 6,634393 g/L of xylitol and 3,5414 g/L of dry biomass that consisted of 72,5 % non-saturated fatty acids with cis-9 octadecanoic acid having the largest ratio of 50,5 %. When the Mucor indicus was cultivated in a sparged tank bioreactor, the amount of xylitol and biomass produced was 0,750836 g/L and 4,624 g/L respectively, whereas the dry biomass consisted of 82,4 % of non-saturated fatty acids with the largest ratio of cis-9-octadecanoic acid of 47,11 %. To reduce the total amount of waste from the cultivations and to use the carbon and nitrogen left-overs, the fermented broth was used for the cultivation of phototrophic purple non-sulfur bacteria, during which the influence of different light sources on the growth and bacteriochlorophyll a synthesis was examined.

Svake godine u Europi 8, 500.000 tona i više od 30, 000.000 tona na svijetu apsorpcijskih higijenskih proizvoda (pelene za odrasle, dječje pelene, higijenski ulošci, tamponi, štapići za uha, ...) završi na zbrinjavanju. Apsorpcijski higijenski proizvodi (AHP) su kompleksnog sastava i sastoje se od tri različite vrste materijala: plastike, superapsorbirajućeg polimera (SAP) i organske celuloze, te se obično nakon uporabe smatraju kao nereciklirajuća frakcija krutog komunalnog otpada i kao takvi se odlažu u okoliš što ima negativan utjecaj na isti. Kako se AHP pokazao kao potencijalan izvor vrijedne sirovine za biokonverziju cilj EMBRACED projekta je staviti u prvi plan kružnu ekonomiju kao vodilju održivosti i obnovljivosti izvora, kroz uspostavljanje višenamjenske biorafinerije za recikliranje organskog sadržaja iz navedenih proizvoda. Na taj način plan je maksimalizirati kapacitete za dobivanje visoko vrijednih bio-baziranih materijala/produkata. U tom smislu Saponia će procijeniti nove tržišne mogućnosti za valorizaciju AHP otpadne celuloze koja će poslužiti za formiranje syngasa rasplinjavanjem, te njegovu konverziju u aditive poput limonena koji predstavlja visoko vrijednu sirovinu u parfimeriji, farmaciji, kemijskoj industriji, ... [1, 2].

Na lokaciji postojeće Rafinerije nafte Sisak u planu je izgradnja industrijskog kompleksa Biorafinerije s ciljem održive proizvodnje bioetanola druge generacije, koja bi kao sirovinu koristila biomasu, dobivenu preradom poljoprivrednih ostataka i specijalno uzgojene energetske kulture miskantus na zapuštenom zemljištu lošije kvalitete, što je u skladu sa zahtjevima vezanim uz smanjenje negativnog utjecaja na okoliš. Predmetna energetska studija dio je dokumentacije izrađene u okviru projekta Biorafinerije u svrhu definiranja odgovarajućeg poslovnog modela proizvodnje i prodaje električne energije. Sastavni dio industrijskog kompleksa Biorafinerije je i visokoučinkovito kogeneracijsko postrojenje u kojem bi se, za potrebe odvijanja tehnološkog procesa za proizvodnju bioetanola, proizvodila električna energija i tehnološka para.

Sve veća potražnja za bioraspoloživim kemikalijama, proizvedenim na ekološki i održiv način, zahtjeva i pronalazak načina za dobivanje istih, a biorafinerije predstavljaju jedan obećavajući put za ispunjavanje tih zahtjeva zbog mogućnosti proizvodnje više proizvoda i integrativnog koncepta proizvodnje. Jedna od vrsta biorafinerija je zelena biorafinerija s osnovnim konceptom koji koristi cijelu zelenu biomasu za generiranje raznih zanimljivih proizvoda, uključujući proteine (Ecker i sur., 2012). Važno je imati izvor biomase tijekom cijele godine pa je očuvanje biomase poput silaže neophodno uključiti u projektiranje procesa biorafinacije (Xiu i Shahbazi, 2015). Svježa masa može biti netretirana ili tretirana s komercijalnim inokulantima mikroorganizama. Cilj našeg istraživanja bio je odrediti udio i veličinu proteina te aminokiselinski sastav četiri biljne vrste: alfalfe, djeteline s travama, koprive i facelije. The increasing demand on biobased chemicals, being produced in an ecological and sustainable way, is a well-established estimation and biorefineries represent one promising route to fulfil these requirements due to their multi-product and integrative concepts. One of the biorefinery types is green biorefineries with the basic concept which utilize the whole green biomass to generate a variety of products including proteins (Ecker et al., 2012). It is important to have biomass source through the whole year so conservation of biomass like silage is necessary to be included into designing a biorefinery process (Xiu and Shahbazi, 2015). The fresh mass can be untreated or treated with commercial inoculant. The aim of our study was to evaluate total protein content, the amino acids composition and the size of isolated proteins in four plant species Alfalfa, clover with herbs, Nettle and Phacelia.

Kao rezultat višegodišnjeg razvoja koncepta održivog i na znaju utemeljenog napretka javlja se pojam bioekonomije (BE). S jedne strane prema njoj su vodili nepovratno crpljenje prirodnih, fosilnih resursa uz istovremeni eksponencijalni rast svjetskog stanovništva, a s druge strane odgovorno promišljanje o proizvodnji i zaštiti okoliša. Tako je, tijekom presjedanja UK 2005., organizirana konferencija o bioekonomiji utemeljenoj na znanju pod naslovom „Transforming life sciences knowledge into new, sustainable, eco-efficient and competitive products“. Tijekom njemačkog presjedanja podržana je ova inicijativa te je 2007. u Köllnu organizirana konferencija pod naslovom „En Route to the Knowledge-Based Bio-Economy”, dok je 2010. pod belgijskim presjedanjem organizirana konferencija pod naslovom „The knowledge based bioeconomy towards 2020“. U Bruxellesu je 13. veljače 2012. Europska komisija usvojila strategiju o usmjeravanju europske ekonomije prema većem korištenju obnovljivih i održivih izvora. Komisijina strategija i akcijski plan pod naslovom „Innovating for Sustainable Growth: a Bioeconomy for Europe“ („Inovativnost za održivi rast: bioekonomija za Europu“) daju prikaz usklađenog, međusektorskog i interdisciplinarnog pristupa u rješavanju problema. Cilj je inovativnija ekonomija i proizvodnja uz smanjene štetne emisije, koja bi pomirila potrebe za održivim razvojem poljoprivrede i ribarstva, sigurnom hranom i održivom uporabom obnovljivih bioloških sirovina za industrijske svrhe, uz očuvanje biološke raznolikosti i zaštitu okoliša. Summary The European Commission has adopted a strategy to shift the European economy towards greater and more sustainable use of renewable resources, in February 2012. With the world population approaching 9 billion by 2050 and natural resources finite, Europe needs renewable biological resources for secure and healthy food and feed, as well as for materials, energy and other products. The Commission's strategy and action plan, "Innovating for Sustainable Growth: a Bioeconomy for Europe", outlines a coherent, cross-sectoral and inter-disciplinary approach to the issue. The goal is a more innovative and low-emissions economy, reconciling demands for sustainable agriculture and fisheries, food security, and the sustainable use of renewable biological resources for industrial purposes, while ensuring biodiversity and environmental protection. The plan therefore focuses on three key aspects: developing new technologies and processes for the bioeconomy ; developing markets and competitiveness in bioeconomy sectors ; and pushing policymakers and stakeholders to work more closely together. "Europe needs to make the transition to a post-petroleum economy. Greater use of renewable resources is no longer just an option, it is a necessity. We must drive the transition from a fossilbased to a bio-based society with research and innovation as the motor. This is good for our environment, our food and energy security, and for Europe's competitiveness for the future, " said Commissioner for Research, Innovation and Science Máire Geoghegan- Quinn. The term "Bioeconomy" means an economy using biological resources from the land and sea, as well as waste, as inputs to food and feed, industrial and energy production. It also covers the use of bio-based processes for sustainable industries. Biowaste for example has considerable potential as an alternative to chemical fertilizers or for conversion into bio-energy, and can meet 2 % of the EU renewable energy target. The EU bioeconomy already has a turnover of nearly € 2 trillion and employs more than 22 million people, 9 % of total employment in the EU. It includes agriculture, forestry, fisheries, food and pulp and paper production, as well as parts of chemical, biotechnological and energy industries. Each euro invested in EU-funded bioeconomy research and innovation is estimated to trigger € 10 of value added in bioeconomy sectors by 2025. The Strategy has three main pillars: 1) Investment in research, innovation and skills for the bioeconomy. This should include EU funding, national funding, private investment and enhancing synergies with other policy initiatives. 2) Development of markets and competitiveness in bioeconomy sectors by a sustainable intensification of primary production, conversion of waste streams into value-added products, as well as mutual learning mechanisms for improved production and resource efficiency. 3) Reinforced policy coordination and stakeholder engagement, through the creation of a Bioeconomy Panel, a Bioeconomy Observatory and regular Stakeholder Conferences. The strategy seeks synergies and complementarities with other policy areas, instruments and funding sources which share and address the same objectives, such as the Cohesion Funds, the Common Agricultural and Fisheries Policies (CAP and CFP), the Integrated Maritime Policy, environmental, industrial, employment, energy and health policies. With Research and Innovation at the heart of the Strategy, it will first be presented to EU Member States at the Competitiveness Council on 21 February 2012. EU Member States including Denmark, Finland, Germany, Ireland and the Netherlands already have Bioeconomy Strategies in place. On the international stage, Canada, China, South Africa and the US either have or are planning their own ambitious strategies. The Commission's proposal is one of the operational proposals under the Innovation Union and Resource – efficient Europe flagships of the EU 2020 strategy. The need to increase public funding for bioeconomy research and innovation has been recognised under the Commission's future research programme Horizon 2020.

U ovom radu objašnjena je podjela biorafinerija, sirovine koje pojedina vrsta biorafinerije koristi kod proizvodnje te njihovi krajnji proizvodi. Navedena su najznačajnija biogoriva današnjice, njihov sastav i način proizvodnje. Naglasak je stavljen na prednosti i potencijale biogoriva. Također, istraženo je gdje se biogoriva najviše proizvode u svijetu i da li u Republici Hrvatskoj postoje postrojenja za njihovu proizvodnju. Cilj ovoga rada bio je istražiti biogoriva kao goriva budućnosti, budući da se zalihe fosilnih goriva svake godine sve više smanjuju, a cijena nafte je posljednjih godina u porastu. Porast globalnog zatopljenja i emisija stakleničkih plinova predstavljaju problem za mnoge zemlje, pogotovo gospodarski razvijene. Stoga se one sve više okreću proizvodnji biogoriva i korištenju biomase te ostalih obnovljivih izvora energije. Korištenjem biomase dobiva se energija koja se može koristiti kao toplinska energija, biogorivo ili kao električna energija, no u svakom slučaju povoljnija je za okoliš od korištenja fosilnih goriva. Iz biomase se također mogu dobiti kemikalije poput propilen oksida, akrilne kiseline, glicerola, 1, 2-propandiola, 1, 3-propandiola i epiklorhidrina, a koje služe kao zamjena petrokemijskim proizvodima, te su i one opisane u ovom radu.

Bioekonomija dolazi kao rezultat višegodišnjeg razvoja koncepta održivog i na znaju utemeljenog napretka. S jedne strane prema njoj su vodili odgovorno promišljanje o proizvodnji i zaštiti okoliša, a s druge strane nepovratno crpljenje prirodnih, naročito fosilnih resursa uz istovremeni eksponencijalni rast svjetskog stanovništva. Zemlje Europske unije na taj način potvrđuju visoku svijest u promišljanju problema koji se javljaju u suvremenom svijetu, što je iskazano i kroz suglasnost koja ja postignuta između dionika iz različitih sektora, javnog, privatnog i nevladinih organizacija. Težište strategije bioekonomije stavljeno je na istraživanja, inovacije, obuku širokog spektra zainteresiranih za bioekonomiju, zatim na razvoj tržišta i konkurentnosti, kao i na pojačan angažman svih zainteresiranih i snažniju koordinaciju u provedbi zacrtanih ciljeva. Danas je Europa predvodnik na svjetskoj razini na brojnim poljima bioznanosti, međutim kako SAD, Kanada, Japan, Indija i Kina ubrzano razvijaju industrijske biotehnologije, ulaganje u istraživanje i inovacije, prilagodba obrazovanja i obuka radne snage prema suvremenim potrebama, temeljni su preduvjeti za zadržavanje preimućstva u ovom području. Budući da će Europa tijekom idućih desetljeća biti suočena s nestajanjem prirodnih resurse, učincima klimatskih promjena i potrebom osiguravanja održive i sigurne opskrbe hranom i energijom, cilj kojemu se teži su objedinjavanje, a gdje me moguće i zamjena procesa na temelju fosilnih sirovina sa onima na bioosnovama. U tom novom pristupu vrlo često se javlja pojam biorafinerija, čiji je koncept, zapravo, analogan onome petrokemijskih rafinerijskih procesa, u kojima se proizvodi široka paleta proizvoda i goriva iz fosilnih izvora. Važno je i načelo kaskadne uporabe koje se bazira na jednokratnoj ili višekratnoj uporabi materijala nakon koje slijedi korištenje za dobivanje energije sagorijevanjem na kraju životnog ciklusa, uzimajući u obzir ublažavanje emisija stakleničkih plinova (GHG). Nusproizvodi i otpad iz jednog proizvodnog procesa koriste se kao ulazni tok u drugim proizvodnim procesima ili za dobivanje energije. Na taj način, biorafinerije mogu doprinijeti načelima "društva bez otpada", proizvodnjom različitih proizvoda i goriva na bioosnovi. Tako da današnja (petro)kemijska industrija, nakon pedesetak godina pretežitog oslanjanja na naftu kao polaznu sirovinu, ulazi u novo razdoblje.