2. Impactul global al biorafinariilor O definitie a biomasei industriale este: orice masa organica care este regenerabila, se includ

astfel: culturile energetice si copacii, resturile obtinute la procesarea alimentelor si nutreturilor, plante acvatice, lemnul, resturile de lemn, rezidii rezultate la cresterea animalelor sau la cultivarea plantelor, care pot fi utilizate in procese industriale.

2.1. Introducere Suntem intr-un stadiu de inceput al unei tranziti istorice de la o economie bazata in mare

masura pe petrol, la o economie diversificata, in care biomasa va deveni resursa principala pentru obtinerea de combustibili si produse chimice. Dezvoltarea industriei petrochimice in ultimul secol ne asigura un nivel de cunoastere ce ne va permite sa dezvoltam noile procese de conversie a biomasei. In acest capitol sunt explorate similitudinile si diferentele dintre petrorafinarii si biorafinarii si felul in care ele vor influenta dezvoltarea economiei pe termen lung. Trasaturile caracteristice ale economiei bazate pe resurse bio sunt:

1- productivitatea utilizarea integrala a biomasei; 2- diversificarea treptata a produselor obtinute din biomasa, trecnd de la compusi chimici cu

valoare ridicata (medicamente, coloranti, esene) ctre produsi obtinuti pe scara larg i n cantiti foarte mari (biocombustibili);

3- diversitate mare a resurselor de biomasa combinata insa cu similitudinea compozitionala (pe clase de compusi);

4- posibile limitari in productivitatea agricola; 5- integrarea biorafinariilor si ecosistemelor agricole intr-un context social si politic; 6- durabilitatea economiei bazate pe resurse de biomasa, iar cea mai importanta resursa devin

solurile productive.

2.2. Perspectiva istorica Dupa 1700, odata cu inceputul revolutiei industriale, carbunele incepe sa inlocuiasca lemnul

ca resursa energetica. Dupa 1930 -1950, odata cu dezvoltarea petrochimiei, petrolul a devenit principala sursa de

compusi organici. Catre sfarsitul secolului XX, utilizarea gazelor naturale a inceput sa creasca semnificativ, atat

drept combustibil, cat si ca materie prima pentru industria chimica. La ora actuala, petrolul asigura 40% din necesarul de energie mondial, iar biomasa 10%. Desi rezervele de combustibili fosili sunt foarte mari, este evident ca aceste resurse sunt

exploatate pe o scara din ce in ce mai mare. Cei mai multi experti apreciaza ca nu va mai trece mult timp pn ce se va atinge un maxim al productiei de combustibili fosili. Primul care va atinge acest maxim va fi petrolul si dupa cteva decenii va urma gazul metan. Desi vor mai exista rezerve de petrol (sisturi bituminoase, zacaminte marine la adancimi mari), ele vor fi dificil de extras. Chiar daca data exacta a acestor maxime nu se poate stabili cu precizie, ne apropiem de acea perioada si trebuie sa fim pregatiti cu asigurarea resurselor energetice alternative. Putem sa ne punem urmatoarele intrebari:

1- este realist sa credem ca resursele regenerabile de biomasa pot substitui combustibilii fosili ca sursa de energie si de materii prime pentru industria chimica?

2- care vor fi caracteristicile principale ale economiei bazate pe biomasa pentru asigurarea nu numai a hranei si fibrelor dar si a combustibililor si substantelor chimice?

In continuare vom cauta raspunsurile la aceste intrebari.

2.2.1. Stadiul actual. Carbon regenerabil Resursele regenerabile de carbon se obtin indeosebi in agricultura, silvicultura, sisteme

microbiene, etc. Exista multe estimari privind cantitatea de carbon fixata anual de catre plantele terestre, putem considera o valoare de ordinul a 100 x1012 kg (presupunand ca jumatate din masa

uscata a biomasei o constituie carbonul). Aceasta cantitate de material are un continut energetic (care poate fi obtinut prin combustie) cam de 5 ori mai mare decat cantitatea totala de energie consumata anual si respectiv de 10 ori mai mare decat energia petrolului exploatat anual.

Avnd in vedere si faptul ca aceasta biomasa este mult mai uniform distribuita dect combustibilii fosili, rezulta ca exista premize pentru utilizarea ei pe scara larga. Iata si cateva cifre. Cantitatea anuala de compusi si produsi organici fabricata in SUA este de ordinul a 100 x 109 kg. Aceasta reprezinta doar 0,1 % din cantitatea totala de biomasa ce creste anual. Insa mai putin de 10 % din aceasta cantitate este obtinuta din carbon regenerabil. Aceasta cantitate de substante organice reprezinta doar 40% din cantitatea de porumb boabe produsa anual in SUA sau este doar de doua ori mai mare decat cantitatea de grau exportata anual de SUA.

Daca consideram si faptul ca exista o presiune din partea UE si a mai multor tari in curs de dezvoltare de a micsora exportul de grau al SUA, rezulta ca producatorii agricoli americani au disponibilitatea obtinerii de produse agricole ce urmeaza a fi transformate in produse chimice.

Deja 12% din productia de porumb a SUA este transformata in bioetanol (9.109 l anual).

Dezvoltarea in viitor trebuie sa urmareasca utilizarea culturilor energetice si a resurselor din silvicultura, nu doar a resurselor care au si utilizari agricole.

Carbonul regenerabil asigura la ora actuala cea mai mare parte a productiei de cherestea, hartie, fibre naturale, compozite, celuloza si proteine. Mai este asigurata in intregime si nevoia de hrana a oamenilor dar si a animalelor.

Intrebarea care se pune este: poate creste semnificativ utilizarea carbonului regenerabil in obtinerea de substante si produse chimice, fara a interfera semnificativ cu celelalte utilizari?

Exista doua situatii care pot micsora acest impact: - exista tehnologii neexplorate suficient de a obtine hrana pentru animale si oameni si in acelasi

timp combustibili; - in multe state dezvoltate exista o rezerva mare de productie agricola.

2.2.2. Catre o economie bazata intr-o mai mare masura pe resurse regenerabile

biomasa Un exemplu este dextroza1. Acum ea poate fi obtinuta cu un pret moderat, de doar 0,2 $/kg, in

procesele de macinare umeda a porumbului. Deoarece productivitatea cu care este obtinut porumbul creste in fiecare an, doar cresterea productiei de porumb ar putea asigura obtinerea a 3,5 .109 kg de dextroza. Aceasta este o materie prima foarte buna pentru conversia intr-o gama larga de produse chimice.

Trecerea de la o economie bazata pe utilizarea combustibililor fosili la una bazata pe carbonul regenerabil poate avea loc doar pe masura ce tehnologiile se imbunatatesc, costurile de operare scad si diverse alte bariere sunt depite. Substitutia resurselor neregenerabile cu biomasa nu este posibila in toate domeniile, de exemplu in obtinerea energiei electrice si termice este greu de crezut ca biomasa va putea substitui carbunele in centralele foarte mari. Pentru puteri mici si moderate este posibila utilizarea biomasei direct sau dupa gazeificare.

In concluzie resursele de biomasa obtinute din exploatari silvice sau agricole par sa fie suficiente pentru asigurarea de alimente, furaje, fibre naturale, dar si materii prime pentru productia industriala de produse si substante chimice. Cea mai buna cale de dezvoltare a acestei noi economii o constituie biorafinariile, unde se pot obtine, in paralel att combustibili ct si substante si produse chimice.

2.3. Materii prime pentru alimentarea biorafinariei 2.3.1. De ce materii prime are nevoie o rafinarie si ce produse se pot obtine? Desi si compozitia petrolului variaza intre anumite limite, diversitatea compozitiei petrolului

este mult mai mica in comparatie cu diversitatea compozitiei biomasei. Aceasta diversitate poate fi att un avantaj dar si un dezavantaj. Principalele resurse de biomasa sunt: cerealele, plantele

1 Tip de glucoz solubil n ap, folosit n alimentaia dietetic

oleaginoase, plantele cu continut ridicat de zahar, resturile obtinute din exploatarile agricole, produse obtinute in silvicultura. In fig. 2.1 este prezentata compozitia tipica a ctorva resurse importante de biomasa.

Fig. 2.1. Compozitia ctorva tipuri de biomasa Componentii majoritari ai biomasei sunt carbohidratii (celuloza si hemiceluloza pentru

rezidiile agricole sau pentru produsele silvice, numite si materiale lignocelulozice; amidon pentru cereale si sucroza pentru plantele bogate in zaharuri), lipide (grasimi, ceruri si uleiuri), proteine diverse, compusi aromatici (indeosebi lignina) si cenusa (minerale care nu contin carbon cum ar fi Calciu, fosfor, potasiu, etc).

Avantajul diversitatii compozitiei biomasei este acela ca biorafinariile pot produce mai multe clase de produse in comparatie cu rafinariile petroliere. Aceasta asigura stabilitate economica si perspective bune de dezvoltare. Biorafinariile pot utiliza o gama mai larga de materii prime fata de rafinariile petroliere. Principalele produse care pot fi obtinute din biomasa sunt:

- combustibili lichizi pentru mijloace de transport (substituenti pentru benzina si pentru combustibili diesel);

- electricitate si abur; - o gama uriasa de compusi chimici ce contin carbon, oxigen, hidrogen, oxigen, azot; - monomeri si polimeri; - lubrifianti, adezivi, fertilizanti; - alimente umane dar si nutreturi pentru animale;

Cateva dintre aceste produse sunt prezentate in Fig. 2.2. Dezavantajul biorafinariilor fata de rafinariile petroliere clasice este acela ca au nevoie de o

gama mult mai larga de procese si tehnologii. Aceasta este datorata proceselor de separare si conversie a tuturor componentilor biomasei, care sunt foarte diversi (vezi fig. 2.1).

Asa dupa cum se prezinta si in figura 2.2, biorafinariile au mai multe trepte de procesare a biomasei. In prima treapta de procesare (separare si reactie), materia prima (biomasa) este convertita intr-un numar relativ mic de produsi intermediari (carbohidrati, proteine, gaz de sinteza si cativa alti produsi). Acesti produsi intermediari sunt apoi convertiti prin diverse reactii urmate de separari intr-o gama foarte larga de produsi. Unele dintre aceste procese sunt deja dezvoltate, altele urmeaza sa fie dezvoltate.

Indeosebi tehnologiile de procesare a materialelor lignocelulozice in carbohidrati si in alti produsi utili nu sunt inca complet dezvoltate. Odata cu dezvoltarea unor astfel de tehnologii, economia va putea beneficia de unitati de productie mai rentabile, mai uniform distribuite si cu efecte sociale mai bune decat rafinariile petroliere actuale.

Fig.2.2. Produse obtinute intr-o biorafinarie Prototipuri de biorafinarii deja exista, putem aminti astfel cele bazate pe macinarea umeda sau

uscata a porumbului, fabrici de hartie, etc. Unitatile de procesare umeda a porumbului sunt poate cel mai bun exemplu de cum va arata o biorafinarie. Aceste unitati sunt foarte mari si integreaza o gama larga de procese care produc multe substante chimice dar si alimente, combustibili, etc. Peste 90% din masa porumbului utilizat ca materie prima este convertit in produse cu valoare ridicata. Aceste unitati produc din ce in ce mai multe sortimente pentru a creste valoarea adaugata.

2.3.2. Comparatie intre costurile de productie ale prelucrarii biomasei si costurile

prelucrarii petrolului Uniformitatea productiei de biomasa si caracterul regenerabil nu este suficient pentru a

asigura viitorul materiei prime, este nevoie si de costuri de operare suficient de mici. Experienta arata ca aproximativ 60-70% din costurile de productie ale substantei chimice

obtinute pe scara larga o reprezinta costul materiilor prime. Acesta este valabil indeosebi pentru produsele petroliere si explica fluctuatiile pretului benzinei odata cu pretul titeiului.

Sa presupunem existenta unei biorafinarii ce produce indeosebi biocombustibili. Si intr-o astfel de unitate pretul biocombustibililor va depinde de pretul materiei prime. Intrebarea este: dependenta este la fel de puternica ca si in cazul rafinariilor petroliere?

Cateva rspunsuri le putem afla din fig. 2.3; aici se prezinta costul biomasei comparativ cu costul petrolului in doua variante: cost pe kg de materie prima si cost pe unitatea de energie. Sunt trasate 3 linii orizontale ce reprezinta pretul a trei tipuri de materii prime. Resturile agricole au pretul de 20 $/tona, fnul si produsele silvice 50 $/tona, iar cerealele 120 $ /tona (acest pret este echivalent cu 2,75 $/bushel).

In fig. 2.4 se vede evolutia pretului la petrol si la porumb incepand cu 1950. In anii 2000 pretul porumbului a devenit practic egal cu cel al petrolului (35 $/baril).

Pe unitate de masa, costul porumbului este jumatate din pretul petrolului (vezi punctul 2 din fig. 2.3). Acesta este un mare avantaj pentru prelucrarea porumbului in diferite substante. Obtinerea de etanol din porumb are nevoie de stimulari financiare pentru a fi competitiv cu benzina din petrol.

Pentru obtinerea altor substante chimice din porumb nu este nevoie de astfel de stimulente. Eforturi insemnate se depun la ora actuala pentru obtinerea de produse chimice (acid lactic, 1,3-propandiol) din amidonul din porumb prin procedeul umed sau prin cel uscat. Acest mod de dezvoltare este similar cu felul in care s-a dezvoltat si petrochimia. Aici produse cu valoare mare (de exemplu masele plastice) au fost obtinute in instalatii petrochimice destul de trziu.

A doua categorie de produse, biomasa de tip lignocelulozic (fn, produse silvice), este disponibila la preturi intre si 1/5 din pretul titeiului (punctele 3 si 4 din fig. 2.3). De aceea ne asteptam ca prin procesarea eficienta a acestor materii prime sa se obtina substituenti pentru benzina si pentru motorina la preturi competitive.

Fermentatia zaharului la etanol este un astfel de proces. Peste 90 % din continutul energetic al

glucozei se poate regasi in etanol. Plecnd de la ideia ca pretul materiei prime este foarte important pentru costul produselor

chimice, constatam ca pretul biomasei este competitiv cu pretul petrolului, att pe unitatea de masa

dar si pe unitatea de energie. Este imposibil sa nu luam in consideratie acest avantaj, cnd discutam despre dezvoltarea pe scara larga a biorafinariilor.

In tabelul 2.1. sunt prezentate cele mai importante calitati ale biomasei. Tab. 2.1. Caracteristicile biomasei ca materie prima pentru biorafinarii 1. poate fi obtinuta la preturi mici; 2. preturi stabile; 3. compozitie consistenta; 4. se pot obtine co-produse si produse secundare valoroase; 5. exista multe variante de procesare; 6. este benefica pentru mediu; 7. este usor de stocat.

Ct de mult biomasa poate fi obtinuta si la ce cost? Pretul biomasei regenarabile este foarte important pentru succesul biorafinariilor. Un alt

aspect important este legat de disponibilitatatea pe scara larga a biomasei, daca se are in vedere inlocuirea completa a combustibililor fosili ca sursa pentru obtinerea substantelor chimice. In tab. 22 sunt prezentate date despre resturile (rezidiile) obtinute in agricultura. Aceste resturi agricole sunt estimate la 1,55. 1012 kg anual. Daca utilizam pentru conversia lor in etanol o valoare a randamentului de 400 l etanol /1000 kg biomasa, obtinem un volum de etanol de 600 miliarde de litri. Acest volum este destul de apropiat de volumul total de combustibil (benzina + diesel ) consumat anual in SUA.

Tab.22. Productia mondiala de resturi agricole (in 109 kg, pentru anul 2004)

Ceea ce merita a fi retinut este faptul ca, daca se ofera un anumit pret pe resturile agricole,

atunci volumul de resturi ce poate fi colectat creste semnificativ. Astfel din SUA la un pret de 20 $/ t sau mai mic se pot colecta cam 100x109 kg paie si coceni, la un pret de 50 $/t, se mai pot colecta inca 50x109 kg.

La acest pret, fermierii sunt incurajati sa produca culturi specifice pentru biorafinarii (fn, ierburi, etc.). De asemenea, la acest pret devin atractive si culturile de arbori cu crestere rapida (plopi, etc.). Doar in SUA exista 16 milioane ha care nu sunt cultivate in mod curent cu cereale (fac parte din Conservation Rescue Program) si care pot fi cultivate cu fn sau cu diverse specii de ierburi inalt productive.

De pe pasunile din SUA se obtin anual cam 5600 kg de fan /ha. Nu se simte nevoia cresterii productivitatii, deoarece nu exista piata de desfacere pentru cantitati mai mari, daca o parte din acest fn ar fi utilizat in biorafinarii, atunci s-ar pune si problema cresterii productiei.

Exista specii de ierburi (iarba elefantului, etc.) cu care se pot obtine productiviti de ordinul 20.000 sau chiar 40.000 kg/ ha. Daca am presupune ca pe toate pasunile din SUA s-ar cultiva aceste specii, s-ar putea obtine un exces de biomasa de ordinul a 600x109 kg anual.

Putem sa apreciem ca pentru inceputul conversiei pe scara larga a biomasei celulozice, resturile agricole sunt suficiente. Pe masura ce aceasta industrie se va dezvolta, nevoia de noi resurse va determina agricultorii sa obtina cantitati mai mari.

Pe de alta parte, in aceste biorafinarii se vor obtine si produse cu utilizari in alimentatia umana sau a animalelor si acest fapt va reduce presiunea pusa pe agricultori ca sa cultive si sa obtina doar produse alimentare, ei se vor putea orienta si catre obtinerea de culturi cu utilizare exclusiva in biorafinarii.

Un alt factor ce trebuie luat in considerare este legat de disponibilitatea resurselor de biomasa practic in orice regiune geografica. Acest fapt face ca pretul acesteia sa fie mult mai stabil decat cel al petrolului. Pe de alta parte, pentru multe tari cu resurse de petrol limitate, utilizarea biomasei va determina cresterea securitatii energetice si un nou impuls in dezvoltare.

2.4. Productivitatea, factorul tehnico-economic determinant Productivitatea (cantitatea de produs vandabil pe kg de materie prima procesata) este factorul

dominant pentru orice economie. Deoarece in orice proces se obtin mai multe produse, randamentul cu care se obtine produsul

vandabil este cel mai important. Iata cateva exemple: 1. Costul materiei prime pe unitatea de produs creste daca randamentul cu care se obtine

acesta scade. Astfel, dac prin prelucrarea glucozei ( 0,10 $/kg) se obtine acid lactic cu un randament de 90% , atunci pretul materiei prime este de 0,11 $/kg. Daca insa randamentul cu care se obtine acidul lactic este de doar 50%, atunci pretul materiei prime devine 0,2 $/kg.

2. Pretul sistemului de reactie creste daca randamentul scade. Astfel, daca avem in vedere obtinerea unei anumite cantitati anuale de acid lactic, atunci cnd randamentul cu care se obtine acesta din glucoza scade la 50% volumul masei procesate practic se dubleaza fa de cazul in care randamentul era 90%.

3. Costul procesului de separare creste inca si mai mult fa de volumul reactorului, atunci cnd randamentul scade. Putem aprecia astfel: costurile de separare sunt proportionale cu volumul tratat. In conditii de reactie similare, un randament mai mic nseamna si volume de efluent ce trebuie separate, mai mare. Costul separarii creste ins i cu numarul de componenti ce necesita separarea, iar scderea randamentului este insotit de obicei si de cresterea numrului de componenti din amestecul de reactie.

4. Costul tratarii biomasei creste odata cu scaderea randamentului. Chiar daca de regula trebuiesc gasite utilizari pentru toate produsele secundare, acest lucru nu este intotdeauna posibil si din acest motiv scaderea randamentului conduce si la cresterea volumului de deseuri ce trebuie indepartate.

Toate acestea ne demonstreaza importanta pe care o are randamentul in economia procesului. Pentru dezvoltarea biorafinariilor, urmatoarele concluzii trebuie trase:

- producerea de combustibili in biorafinarii tinde sa fie realizata initial in facilitati existente pentru a micsora pe ct posibil necesarul de capital pentru investitii;

- datorita conditiilor de reactie blnde (pH si temperatura moderata) bioprocesele tind sa inlocuiasca procesele chimice desfasurate in conditii agresive, indeosebi atunci cnd trebuie evitata degradarea produsilor organici complecsi si labili termic (zaharuri, proteine, etc.);

- este o presiune constanta pentru utilizarea tuturor componentelor biomasei la cea mai nalt valoare posibila. In acest fel poate creste att numrul de produsi obtinuti ct si valoarea insumata a acestora.

Exista si o diferenta majora intre rafinarii si biorafinarii. Materia prima utilizata in biorafinarii (biomasa) poate fi in mod continuu imbunatatita prin selectia plantelor sau prin inginerie genetica. De exemplu, continutul de lignina poate fi modificat pentru a usura prelucrarea biomasei lignocelulozice. Sau se pot selectiona plante cu continut ridicat de enzime, care se pot separa in

biorafinarii. Aceasta caracteristica nu se regaseste in petrochimie si constituie un avantaj important al biorafinariei.

2.4.1. Diversificarea productiei. Utilizarea integrala a biomasei Importanta gasirii de utilizari pentru toate componentele biomasei este prezentata in

continuare si foloseste datele prezentate in fig. 2.1. Sa presupunem ca avem o biorafinarie care prelucreaza coceni de porumb pentru a obtine 378x106 l de etanol, cu un randament de 420 l /1000 kg coceni. La un randament primar de separare si utilizare al cocenilor de 50%, rezulta ca biorafinaria va procesa productia de pe 200.000 ha cultivate cu porumb. O astfel de biorafinarie va produce si 21 x106 kg minerale (Ca, K, Mg si P) , 20x106 kg lipide, grasimi si ceruri, 52x106 kg proteine (echivalentul cantitativ de proteine obtinute din soia cultivata pe 70.000 ha), electricitate din arderea ligninei si un reziduu cu continut de zahar ce poate fi utilizat in hrana animalelor.

Aceste cifre rezulta din compozitia medie a biomasei utilizate. Rezulta ca biorafinaria va participa la mai multe tipuri de afaceri concomitent (combustibili, substante chimice, energie electrica, nutreturi, etc.). Acest fapt nu poate fi evitat dar poate fi utilizat ca un mare avantaj al biorafinariei.

Un avantaj important care rezulta din aceasta analiza este ca aceasta suprafata cultivata cu porumb produce pe lnga boabele de porumb, care erau valorificate si pna acum si 900x105 kg de coceni, care pot fi prelucrate si transformate intr-o gama larga de produse, inclusiv in proteine, care ar fi putut fi obtinute de pe o suprafata apreciabila (70.000 ha cultivate cu soia). Cu alte cuvinte 3 ha cultivate cu porumb pot inlocui productia de soia de pe 1 ha, asigurind in acelasi timp si productia de boabe de porumb dar si de coceni ce pot fi si ei prelucrati.

Daca aceeasi suprafata ar fi fost cultivata cu anumite specii de ierburi ce au continut ridicat de proteine dar si productivitati mari, situatia ar fi fost urmatoarea: productivitatea ierburilor de Bermuda poate fi de 20.000 kg/h si ele contin 10 % proteine, din care se pot extrage cam 80%. Rezulta o productivitate de 1600 kg proteine /ha, adica cam de doua ori mai mult decat cantitatea de proteine ce ar putea fi obtinuta cultivand soia dar ramine si o cantitate apreciabila de biomasa lignocelulozica (18.000 kg/ha) care poate fi prelucrata.

Cum numai in SUA se cultiva 30x106 ha cu soia, rezulta ca utilizarea in intregime a biomasei poate conduce la productii substantiale de energie si proteine, fara a fi nevoie de cresterea suprafetei arabile existente actual.

Asa dupa cum a fost descris si in subcapitolul 2.4.1, daca diferite componente ale biomasei nu sunt transformate in produsi valorosi, ele trebuie separate si depozitate cu anumite costuri.

Datorita acestui fapt, imbunatatirea continua a proceselor este un factor cheie al dezvoltarii biorafinariilor. Acest fapt se va intampla in instalatiile deja existente, dar mai ales in biorafinariile noi.

2.4.2. Cerintele tehnice pentru biorafinariile ce prelucreaza biomasa celulozica Daca costul materiei prime regenerabile (biomasa) este mai mic dect cel al petrolului, iar

cantitatile disponibile sunt suficient de mari, ne putem intreba, pe buna dreptate, de ce biorafinariile nu sunt mai dezvoltate?

Exista deocamdata cateva sisteme de tip biorafinarie care functioneaza (procesarea umeda sau uscata a porumbului, fabrici de celuloza si hartie). In aceste unitati, materiile prime ieftine sunt prelucrate in scheme tehnologice eficiente si convertite in produse utile. Pentru obtinerea pe scara larga a biocombustibilului din material celulozic, partea care lipseste este partea de tehnologie ieftina si sigura pentru conversia biomasei celulozice att de abundenta.

Avnd in vedere ca intreaga masa a biomasei trebuie utilizata eficient, utilizarea completa a componentelor de carbohidrati este o conditie sine qua non pentru biorafinarii.

Accesibilitatea la celuloza si hemiceluloza trebuie sa creasca prin separarea eficienta a lor, fr a le degrada. Acesti carbohidrati polimerici trebuie ulterior convertiti in intermediari reactivi

(vezi fig. 2.2). Atingerea acestui obiectiv are nevoie de anumite tipuri de pretratament inainte de conversia enzimatica sau chimica a acestor compusi.

Rezistenta materialului lignocelulozic la acest pretratament este un obstacol serios in dezvoltarea biorafinariilor.

Un alt obiectiv este reducerea costului enzimelor (denumite celulaze) necesare pentru conversia biomasei pretratate in zaharuri fermentabile.

Un obiectiv nc si mai puternic este obtinerea unor randamente mari in conversia biologica intr-un singur pas a biomasei pretratate la produsi utili. Un astfel de proces in care obtinerea celulazei, hidroliza celulazica si fermentatia zaharurilor solubile are loc intr-o singura unitate de procesare, se numeste bioprocesare consolidata.

Atunci cnd procesul de pretratare a lignocelulozei va fi suficient de dezvoltat, el va putea fi aplicat mai inti in unitatile existente (fabrici de celuloza si hartie, unitati de procesare umeda si uscata a porumbului, etc.). Deabia dupa aceea se pot lansa proiecte importante in biorafinariile celulozice. Aceste unitati vor fi ulterior modificate.

2.5. Durabilitate in sistemele integrate de biorafinarii 2.5.1. Sisteme integrate cu utilizare locala a biomasei Deoarece resursa de biomasa este solida si voluminoasa, exista tendinta de a o procesa ct mai

aproape de locul unde este obtinuta. Pe de alta parte, multe din deseurile produse intr-o biorafinarie sunt cu incrctur organica mare si pot fi folosite in agricultura. Deoarece agricultorii au afaceri locale, este de interes ca si biorafinariile sa fie mici, pentru a se putea adapta la specificul culturilor dintr-o anumita zona si pentru a permite implicarea agricultorilor. Acest lucru se observa deja in SUA si se aplica pentru unitatile de procesare umeda sau uscata a porumbului. De regula unitatile de procesare umeda sunt mai mari dect cele de procesare uscata, cea mai mare dintre ele fiind deja de marimea unei petrorafinarii obinuite.

Iata cateva argumente care demonstreaza legatura dintre biorafinarie si agricultori. Intr-o biorafinarie biomasa se separa in componentele majore. Unele dintre acestea pot fi valorificate imediat fara costuri mari. De exemplu cenusa poate fi utilizata drept fertilizant, iar proteinele (fara a mai fi uscate si conditionate) pot fi utilizate in zootehnie pe plan local. In consecinta, factorii care pot face ca biorafinariile sa fie afaceri de succes sunt:

- participarea ca actionari a agricultorilor; - distributia geografica larga a biorafinariilor; - functionarea biorafinariilor este intim legata de functionarea unitatilor agricole din zona; - se realizeaza un mediu de dezvoltare economica durabila.

Acest concept este prezentat in fig. 2.5.

2.6. Concluzii Economia bazata pe resurse de biomasa va creste rapid in sec. XXI, prin obtinerea de materii

prime ieftine si prin cresterea eficientei biorafinariilor. Acest tip de economie va creste intr-un mod similar cu economia bazata pe titei din secolul

XX. Se va urmari indeosebi cresterea productivitatii (utilizarea intr-o masura cat mai mare a biomasei), diversificarea productiei si imbunatatirea continua a functionarii biorafinariilor.

Totusi vor fi si diferente majore intre acest nou tip de economie si economia bazata pe petrol. Iata cateva dintre ele:

- compozitia mult mai variata a materiilor prime determina cresterea complexitatii tehnologiilor aplicate;

- distributia geografica mult mai buna atat a biorafinariilor cat si a resurselor va conduce la cresterea securitatii economice a tarilor si la o distributie mai echitabila a bunastarii.

Noi credem ca limitele productivitatii agriculturii pot fi depasite si ca nu exista un conflict alimente vs. combustibili.

Profitabilitatea economica si eficienta proceselor va conduce la dezvoltarea de scenarii tip alimente si combustibili. Biorafinariile vor fi puternic integrate cu asociatiile agricole. Prin aceasta integrare se va obtine nu numai profit economic ci si beneficii pentru mediu.

Anexe

http://www.oil-price.net/ Biorafinariile reprezinta instalatii complexe in care biomasa este convertita, in mod economic

si ecologic, in produsi chimici, materiale, combustibili si energie. Pentru dezvoltarea in viitor a acestor tehnologii, este necesar sa creasca piata acestor produse, s se dezvolte ct mai multe instalatii la nivel demonstrativ si industrial.

Un alt aspect important este convingerea chimistilor si inginerilor tehnologi de a lucra cu biomasa si de a combina metodele biotehnologice cu cele ale chimiei clasice.

Mai este nevoie de o abordare sistematica a unor noi ci de sinteza pentru indeplinirea principiilor sintezei ideale i a principiilor chimiei verzi.

Fig. Pretul de productie al diferitilor biocombustibili si valorea barilului de petrol la care

obtinerea biocombustibilului este rentabila economic (Biotechnol. J. 2010, 5, 260273)