Revista >> Martie 2022 [Nr. 242] >> Cercetare & Invatamant superior

Dezvoltări ale ICECHIM București pentru Bioeconomia circulară – Soluții interconectate pentru actualele crize și provocări

Dr. Habil. Florin Oancea, Director Stiintific; Dr. Biochim. Mihaela Doni, Director General; Dr. Habi

18 Martie 2022

Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie - ICECHIM București (www.icechim.ro) a devenit în ultimii ani un institut lider în dezvoltarea de soluții inovative specifice domeniului bioeconomiei circulare.

Bioeconomia este acel tip de economie circulară și durabilă care acoperă toate sectoarele și sistemele care se bazează pe resurse biologice (animale, plante, microorganisme și produse din biomasă, inclusiv deșeuri organice), precum și funcțiile și utilizările acestora. Ea include și interconectează: ecosistemele terestre și marine și serviciile pe care le furnizează acestea; toate sectoarele de producție primară care utilizează și produc resurse biologice (agricultură, silvicultură, pescuit și acvacultură); și toate sectoarele economice și industriale care utilizează resurse și procese biologice pentru a produce alimente, furaje, bioproduse, energie și servicii, respectiv industria alimentară, industria celulozei şi a hârtiei, precum și o parte a industriei chimice, biotehnologice și energetice.
Bioeconomia este intrinsec circulară. Ciclurile de producere și utilizarea a bioresurselor au o capacitate naturală de închidere ciclică – figura 1. Caracterul circular al bio-economiei este subliniat de strategia actualizată pentru bioeconomie a Comisiei Europene, O bioeconomie durabilă pentru Europa: consolidarea legăturilor dintre economie, societate și mediu, COM (2018) 673 final, în care sunt subliniate dimensiunile socio-economice și ecologice, în consonanță cu Noul Pact Ecologic European.

România are un potențial semnificativ pentru producerea de resurse regenerabile, care nu este pe deplin exploatat. În pofida creșterii producției agricole medii în ultimii anii, producția culturilor agricole din România este semnificativ sub media Uniunii Europene. Pădurile acoperă mai mult de o treime din România şi au o producție potențială care este peste media europeană. Astfel, fluxuri laterale semnificative de biomasă excedentară din agricultură şi silvicultură sunt disponibile pentru producția de bioenergie/biorafinare. Bazinul Dunării inferioare, Delta Dunării şi nord-vestul Mării Negre s-au dezvoltat ca un „ichthiosistem”, care a demonstrat istoric un nivel semnificativ de reziliență şi adaptare.
România are o mare biodiversitate. Suprapunerea biogeografiei în România, care leagă Europa Centrală, Europa de Sud-Est şi Europa de Est, este combinată cu un relief diversificat care oferă condițiile necesare pentru un mozaic de specii de plante, datorită eterogenității de condițiilor climatice, în special regimul de temperatură și cel de precipitații. O suprafață mare de pajiști, încă gestionate în mod tradițional, exploatațiile agricole de intensitate redusă, contribuie de asemenea la susținerea biodiversității. Diversitatea de plante aromatice, combinată cu eterogenitatea condițiilor microclimatice, facilitează acumularea de compuși bioactivi și asigură condițiile necesare pentru dezvoltarea industriei bazate pe plante medicinale și aromatice, care are o cifră de afaceri de peste 300 milioane de euro, din care 200 milioane euro export/comerț intra-comunitar. Bioeconomia în România beneficiază, de asemenea, de o forță de muncă calificată, ca şi de dezvoltarea competitivă a companiilor din sectoarele de (bio)rafinare și produse (bio)chimice (HG 775/2015).
Acest potențial de producere și utilizare bioresurse nu este valorificat pe deplin și datorită predominanței în bioeconomia din România a lanțurilor de valoare lineare. Dezvoltarea bioeconomiei circulare în România ar crește profitabilitatea întreprinderilor implicate și ar oferi soluții durabile pentru actualele crize multiple interconectate, criza energetică, criza alimentară, criza sanitară, criza de materii prime și intermediari, amplificate de războiul din Ucraina – figura 2.

Una dintre cele trei direcții strategice de dezvoltare din ultimii 5 ani a INCDCP-ICECHIM București constă în dezvoltarea de soluții inovative specifice domeniului bioeconomiei circulare și destinate rezolvării diferitelor situații asociate crizelor actuale. Aplicarea principiului piramidei valorice în cadrul proceselor de biorafinare implică recuperarea componentelor valoroase din diferite fluxuri laterale ale bioeconomiei, pentru a realiza bioproduse cu valoare adăugată mare. Prin proiectul Nucleu PN.19.23.01.01 Platformă integrată pentru valorificarea inteligentă a biomasei - Smart-Bi, au fost puse la punct diferite tehnologii de extracție eco-eficientă a componentelor valoroase din co-produsele agro-industriale. Unele dintre aceste tehnologii sunt în curs de transferare la agenții economici interesați (prin licență ne-exclusivă) - cum ar fi de exemplu soluțiile de recuperare a antioxidanților din tescovina rezultată de la producerea vinului, compuși care susțin menținerea stării de sănătate. Proiectulcomplex 10 PCCDI a definitivat o tehnologie prin care se recuperează quercitina, flavonoidul recomandat ca adjuvant în terapia COVID-19, din co-produsele rezultate de la industrializarea cepei.
Un alt exemplu ilustrativ de proiect de biorafinare integrat bioeconomiei circulare este proiectul Procedee secvențiale de închidere a fluxurilor laterale din bioeconomie şi (bio)produse inovative rezultate din acestea – SECVENT, cod MySMIS: 105684, cu derulare în perioada 2016 – 2023 în cadrul Programului Operațional Competitivitate, Axa prioritară 1 – Cercetare, dezvoltare tehnologică şi inovare (CDI) în sprijinul competitivității economice şi dezvoltării afacerilor, Acțiunea 1.2.3: Parteneriate pentru transfer de cunoștințe. Scopul proiectului SECVENT, cofinanțat din fonduri structurale, este de a crește eficiența economică a întreprinderilor partenere, prin dezvoltarea și implementarea unor soluții tehnologice inovative de (bio)procesare a co-produselor din lanțurile valorice ale bioeconomiei, pentru recuperarea şi/sau formarea de componente cu valoare adăugată şi utilizarea acestora pentru (bio)produse cerute de piață. În cadrul acestui proiect se implementează 36 proiecte subsidiare, cu 24 întreprinderi. Prin aceste proiecte subsidiare se dezvoltă noi soluții de stimulare a producerii de biogaz, nano-adsorbenți pentru fixarea CO2, procedee inovative de recuperare a fosforului din digestatul lichid și de producere a biostimulanților pentru plante din fluxurile laterale ale bioeconomiei (biomasă excedentară din agricultură și piscicultură, co-produse ale industriei alimentare, leșie bisulfitică de la fabricarea semicelulozei), biopreparate inovative cu fixatori de azot, suplimente nutritive pe bază de compuși bioactivi recuperați din coproduse agroindustriale.
O abordare specifică INCDCP-ICECHIM este dezvoltarea unor soluții bionanotehnologice asociate proceselor de biorafinare, prin care să se amplifice activitatea biologică a unor ingrediente active recuperate din co-produsele agro-industriale. Această abordare este facilitată de Instalația integrată CDI pentru bionanotehnologii – BioNAN, instalație aflată pe lista propusă de noi instalații de interes național (IOSIN). În figura 3 sunt ilustrate câteva echipamente din componența acestei instalații unice pe plan național. Abordarea de bionanotehnologie a permis implementarea cu succes a unor proiecte, cum ar fi de ex. proiectul H2020 EXCornsEED. În cadrul acestui proiect european, finanțat de Inițiativa Comună pentru BioIndustrii (JU-BBI), INCDCP-ICECHIM, responsabil pentru Pachetul de lucru WP3, a optimizat prin nanoformulare funcționalitatea ingredientelor bioactive recuperate din co-produsele de la fabricarea biocombustibililor.

Recuperarea nutrienților pentru plante din fluxurile laterale ale bioeconomiei este o prioritate în actualul context socio-economic. Prețul îngrășămintelor azotate va continua să crească datorită crize energetice. Blocarea importurilor din Ucraina și Rusia va accentua lipsa de îngrășăminte și va accelera creșterea prețurilor. Recuperarea fosforului din fluxurile laterale ale bioeconomiei și reintroducerea lui în circuitul de producerea bioresurse este o prioritatea în actualul context, având în vedere că sursa majoră de fertilizanți cu fosfor pentru agricultura UE era reprezentat de Federația Rusă.
Regulamentul UE 2019/1009 privind produsele fertilizante, aplicabil din iunie 2022, facilitează punerea pe piață a produselor fertilizante provenite din bioeconomia circulară – și în primul a fosforului. Pentru implementarea acestui Regulament urmează să fie notificate Comisiei Europene laboratoarele acreditate care să realizeze supravegherea pieței. În cadrul INCDCP-ICECHIM funcționează Laboratorul de teste pentru fertilizanți și biocide, laborator re-acreditat prin Certificatul de Acreditare RENAR nr. LI 843 emis la data de 23.01.2022, și notificat Comisiei conform vechiului Regulament pentru fertilizanți 2003/2003. Sunt în curs demersurile care să permită re-notificarea acestui Laborator Acreditat, esențial pentru utilizarea eficientă pe scară largă a nutrienților recuperați din fluxurile laterale ale bioeconomiei.
Cercetătorii INCDCP-ICECHIM lucrează și la o serie de soluții complementare pentru reducerea dependenței de fertilizanții chimici și pentru creșterea eficienței de folosire a acestora. În cadrul proiectului RO-NO-2019-540 STIM 4+, finanțat prin Mecanismul Financiar Norvegian, sunt dezvoltarea de noi bioproduse care să stimuleze fixarea biologică a azotului și biodisponibilizarea fosforului și a oligo- și microelementelor din sol. În cadrul acestui proiect soluțiile sunt asociate tehnologiilor de cultivare a legumelor de câmp în mulci format din culturile de acoperire din timpul iermii. Dar astfel de bioproduse, biopreparatele cu bacterii fixatoare de azot și/sau cu bacterii asociate, biopreparatele cu ciuperci de micoriză sau (nano)formulări cu eliberare controlată ale factorilor semnal cum ar fi (lipochitooligozaharidele sau strigolactonele) care favorizează formarea simbiozelor/asociațiilor cu microorganismele de rizosferă, sunt utilizabile și pentru culturile de grâu, porumb și floarea-soarelui. ProiectulEra-Net Manunet MNET20/NMCS-3787, Fabricarea unui sistem portabil de monitorizare a nitriților în sol bazat pe un senzor inovator – NITRISENS, are ca scop eficientizarea utilizării fertilizanților cu azot în exploatațiile agricole.
Bioeconomia circulară poate asigura o valorificare superioară a potențialului energetic al biomasei din România, cu reducerea impactului crizei energetice. Un exemplu ilustrativ este cel al producerii de biogaz din biomasă prin digestie anaerobă și conversia acestuia în biometan/gaz natural regenerabil și/sau bio-electricitate. Dintre toate țările UE, România are cel mai slab dezvoltat sector de biogaz. Însă acest punct slab se poate transforma într-o oportunitate prin accelerarea implementării soluțiilor inovative, care optimizează producția de bioenergie, cu recuperarea avansată a nutrienților pentru plante. În cadrul proiectului complex 32 PCCDI au fost realizate tehnologii inovative de optimizare a funcționării instalațiilor de biogaz, prin integrarea unor sisteme deschise de cultivare a microalgelor care sa utilizeze, ca mediu nutrient, digestatul lichid rezultat din procesul de digestie anaeroba. Tehnologia de valorificare integrală a biomasei de alge permite obținerea de extracte algale (fitocatalizatori pentru digestia anaerobă), fracție lipidică (pentru biocombustibili) și biomasă epuizata (substrat pentru codigestie anaerobă). Proiectul a fost finalizat cu o tehnologie de nivel TRL 6, demonstrată într-o instalație integrate biogaz-microalge – figura 4.

Ridicarea la scară a acestor noi procedee și bioproduse, dezvoltate în parteneriat cu întreprinderilor partenere, are mare nevoie de finanțare dedicată, acesta fiind preconizata a fi accesată printr-o competiție de proiecte tehnologice inovative din fonduri structurale, dar este necesară instituirea și a altor mecanisme de finanțare, pentru a accelera punerea pe piață a unor astfel bioproduse rezultate din bioeconomia circulară, care oferă soluții durabile la actualele crize interconectate.