Kestävä biopohjainen talous tarvitsee pikaisesti uusia biotuote- ja bioenergiainnovaatioita, jotka vastaavat kiertotalouden vaatimuksiin
Elämme aikaa, jota leimaavat maailmanlaajuiset haasteet kuten ilmastonmuutos, väestönkasvu, kasvava maailmanlaajuinen energiantarve ja mahdollinen pula fossiilisista resursseista. Nämä haasteet ohjaavat etsimään ratkaisuja, joiden avulla pystymme siirtymään öljypohjaisesta energian- ja materiaalintuotannosta biopohjaiseen. Tästä näkökulmasta biojalostamon konseptia voidaan pitää ratkaisuna tulevaisuuden ympäristöystävällisen biomassapohjaisen talouden toteuttamiseen.
Nykyään biojalostamoja pidetään lupaavana keinona tuottaa tuotteita ja bioenergiaa kestävämmällä tavalla. Biomassa nähdään tärkeimpänä vaihtoehtona sellaisten orgaanisten polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien raaka-aineeksi, joilla uusiutumattomat raaka-aineet korvataan tulevaisuudessa. Olemme erityisen kiinnostuneita uusien luonnollisia ei-ruokaperäisiä lignoselluloosapitoisia resursseja, kuten puuta ja olkia, hyödyntävien biojalostusprosessien kehityksestä ja käyttöönotosta maailmanlaajuisten haasteiden ratkaisemiseksi ja ruoka- ja rehumarkkinoille koituvien vaikutusten minimoimiseksi.
Ovatko biojalostamot uusi keksintö?
Eivät todellakaan! Biomassan käyttö puupohjaisten rakennusmateriaalien, sellun ja paperin, polttoaineen ja kemikaalien raaka-aineena ei ole uutta vaan tunnettu jo vuosisatojen ajan.
Suurin osa perinteisistä prosesseista pystyy tuottamaan polttoaineita ja kemikaaleja raakaöljystä vain yhden tyyppisellä raaka-aineella, kun taas biomassa on kemialliselta rakenteeltaan monimutkaisempaa.
Nykyaikaiset biojalostamot pyrkivät kuitenkin valorisoimaan erilaisia biomassoja — metsäteollisuuden ja maatalouden biomassoja, leväperäisiä biomassoja sekä erilaisista jäänteistä tuotettuja — suureksi määräksi erilaisia biotuotteita ja bioenergiaa, joiden ympäristövaikutukset ovat fossiilisia tuotteita paljon vähäisemmät.
Kuulostaa hyvältä, mutta miksi uusia kaupallisia laitoksia on yhä niin vähän?
Vaikka kemikaalien ja polttoaineiden valmistus biomassasta tunnetaan periaatteessa jo melko hyvin, kymmenet uudet hienostuneet biotuote- ja bioenergiateknologiat ovat yhä kehityksessä.
Monet kehittäjät törmäävät tiettyihin haasteisiin uusien biopohjaisten prosessien kaupallistamisen tiellä, vaikka prosessit näyttäisivät lupaavilta laboratorio-olosuhteissa. Nämä haasteet koskevat enimmäkseen prosessin taloudellisia, teknisiä ja kestävyyteen liittyviä ominaisuuksia. On ilmiselvää, ettei onnistuneeseen tekniseen toteutukseen riitä se, että prosessi käyttää biomassaa ja sen jäänteitä raaka-aineena. Biopohjaisuuden lisäksi uuden prosessin on oltava todistetusti ympäristöystävällinen ja taloudellisesti kestävä. Biotuotteen on myös oltava kilpailukykyinen, eli sen laadun ja markkinahinnan on oltava vähintään sama tai parempi kuin perinteisellä tavalla tuotetun tuotteen.
Mitkä ovat yleisimmät tekniset, taloudelliset ja ympäristöön liittyvät haasteet bioprosessin vakiinnuttamisessa?
Kaikki bioprosessin haasteet liittyvät kiinteästi toisiinsa. Tekniset haasteet kohdistuvat yleensä raaka-aineen epätasalaatuisuuteen ja sen ominaisuuksien kemialliseen vaihtelevuuteen. Biomassan epätasalaatuisuus vaatii parhaiden mahdollisten prosessivaiheiden järjestyksen haarukointia, jotta kallisarvoisten lopputuotteiden määrä ja ominaisuudet saadaan optimoitua tehokkaasti. Joissakin tapauksissa nykyaikaisten biojalostamoiden prosessien kehittäjät keskittyvät päätuotetta tuottavaan prosessiin, eivätkä kiinnitä huomiota sivutuotteisiin ja -virtoihin tai etenkään prosessin päästöihin. Prosessin parametrejä ei välttämättä saada optimoitua kemikaalien ja energiankulutuksen näkökulmasta. Näillä toissijaisilla virroilla on kuitenkin merkittävä vaikutus arvokkaan tuotteen valmistuskustannuksiin. Huolellinen prosessisuunnittelu parantaa prosessin taloudellista kestävyyttä huomattavasti optimoimalla laitteiston, lämmön ja veden talteenoton ja minimoimalla energian ja kemikaalien kulutuksen.
Samalla virtojen kiertokulun sulkeminen, kuten lämmön ja kemikaalien talteenotto, on elintärkeää taloudellisesti tuottavalle prosessille, ja se myös pienentää ympäristön kuormitusta vähentämällä päästöjä veteen ja ilmakehään sekä tuottamalla vähemmän jätettä.
Miten haasteet saadaan taklattua tulevaisuudessa?
Ympäristöystävällisen, taloudellisesti toteuttamiskelpoisen ja kestävän biomassan käytön voi varmistaa biomassan kaskadikäytöllä jokaisessa uudessa biojalostamossa. Tässä kaikkein arvokkaimmat tuotteet valmistetaan ensin, sitten sivuvirrat hyödynnetään seuraavan tuotteen valmistuksessa ja niin edelleen, kunnes jäljelle jää prosessin jäämät, joilla tuotetaan bioenergiaa ja biopolttoainetta. Tämä metodi lisää resurssitehokkuutta kasvattamalla biomassan raaka-aineen arvoa osana biotaloutta. Vaihtoehtoisesti uusi prosessi tulisi olla helppo integroida olemassa oleviin laitoksiin, jolloin raaka-aineen käyttö tehostuu.
Etenkin uusien teknologioiden kehitys vaatii taitavaa suunnittelua perusteiden ymmärtämiseksi, turvallisuuden ja saatavuuden lisäämiseksi, materiaali- ja energiatehokkuuden optimoimiseksi sekä nykyisten ja tulevien prosessivaiheiden tuottavuuden parantamiseksi. Meillä Swecolla on kaikki vaadittava tietotaito esisoveltuvuustutkimuksista aina yksityiskohtaiseen suunnitteluun ja paikan päällä tapahtuvaan konsultointiin, minkä avulla voimme auttaa asiakkaitamme biotuotteiden ja biojalostamojen prosessien kehityksessä, jotta ne vastaavat tulevaisuuden kiertotalouden vaatimuksia.
Olga Ershova-Ruokolainen, biopohjaisen teollisuuden prosessiasiantuntija, olga.ershova-ruokolainen@sweco.fi