Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Platforme interconectate pentru o conversie optimizată în bioproduse și biomateriale a fluxurile laterale specifice bioeconomiei din România

14 Decembrie 2023



Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie — ICECHIM, implementează, în cadrul Programului Nucleu ChemNewDeal proiectul InteGral, Platforme interconectate pentru o conversie optimizată în bioproduse și biomateriale a fluxurile laterale specifice bioeconomiei din România. Proiectul este destinat dezvoltării unor soluții originale pentru conversia unor co-produse agro-industriale (fluxuri laterale), rezultate din bioeconomia României, în (bio)produse și (bio)materiale cu valoare adăugată ridicată, care să susțină trecerea de la o economie lineară, bazată pe resurse fosile, la o bioeconomie circulară bazată pe resurse regenerabile.

Conceptul de bază care fundamentează proiectul InteGral este cel al piramidei valorice a biomasei. Este un concept care presupune recuperarea compușilor bioactivi, a fitonutrienților și a biopolimerilor, înainte de a se realiza conversia biomasei în produși chimici intermediari, biocombustibili sau energie/căldură. Acest concept însumează soluții de procesare în cascadă a biomasei și de ecologie industrială (co-produsul unui proces este materie primă pentru alt proces) și este destinat creșterii sustenabilității și eco-eficienței bioeconomiei circulare. Proiectul InteGral propune noi soluții care au la bază acest concept al piramidei valorice asociate procesării în cascadă. Pe baza acestor soluții se pot optimiza procesele în cadrul instalațiilor de biorafinare de mari dimensiuni sau se pot dezvolta instalații de biorafinare de mici dimensiuni. Instalațiile de biorafinare de mici dimensiuni reduc costurile logistice datorită amplasării lor în zonele rurale producătoare de biomasă și susțin dezvoltarea rurală prin formarea de ecosisteme inovative.
Obiectivul general al proiectului InteGral este dezvoltarea de procedee modulare de biorafinare în cascadă, de nouă generație, eco-eficiente din punct de vedere energetic, care se integrează sinergic în platforme tehnologice destinate instalațiilor de biorafinare de mici dimensiuni, necesare transformării diferitelor fluxuri laterale specifice bioeconomiei din România în produse (bio)chimice și (bio)materiale, cu valoare adăugată mare și impact în provocările societale.
Obiectivele specifice sunt țintite spre rezolvarea problemelor tehnico-economice care limitează dezvoltarea instalațiilor și proceselor de biorafinare ale biomasei lignocelulozice. Aceste obiective specifice sunt: (1) Interconectarea unor procedee biotehnologice pentru producerea in-situ de enzime care acționează asupra matricei lignocelulozice, expansine și celuloză bacteriană; (2) Integrarea proceselor de destabilizare a matricei lignocelulozice prin pre-tratament biologic, extracție ingrediente bioactive, fracționarea biopolimerilor din biomasă și obținere de hidrolizate fermentescibile; (3) Dezvoltarea soluțiilor tehnologice interconectate de procesare a biomasei recalcitrante și recuperare a fosforului; (4) Obținerea de bioproduse prin procesarea componentelor recuperate din biomasă; (5) Realizarea de (bio)materiale (nano)compozite prin utilizarea biopolimerilor și a componentelor recuperate în timpul procesării biomasei.
În cadrul etapelor de procesare în cascadă pentru biorafinarea biomasei (figura 1) sunt incluse mai multe elemente de noutate și originalitate. Un prim element de originalitate este cel al proceselor integrate de destabilizare a biomasei, care se bazează pe un model al structurii biomasei în care este considerat rolul de stabilizator al complexelor dintre acizii hidroxicinamici și biosiliciu.


Fig. 1 Ilustrarea etapelor de procesare în cascadă pentru biorafinarea biomasei

Un alt element de originalitate este cel al realizării unor amestecuri de enzime prin cultivarea consorțiilor de microorganisme pe medii procesate minimal, pentru reducerea consumurilor energetice. Sunt propuse două sisteme de cultivare, mini-bireactoarele cu biofilme fungale dezvoltate pe suport artificial mobil (producerea de enzime lignocelulozolitice, silicaze și expansine) și consorțiile simbiotice de drojdii și bacterii (SCOBY) pentru producerea de feruloil-esteraze, silicaze și celuloză bacteriană. Aceste sisteme de cultivare sunt integrate fluxului de biorafinare. Mini-bireactoarele cu biofilme fungale dezvoltate pe plutitori mobili au o serie de avantaje: asigură o densitate celulară ridicată și productivitate mărită, reduc riscul de spălare al biofilmelor, elimină necesitatea re-inoculării în instalațiile operate continuu, cresc rezistența microorganismelor la factorii de mediu adverși, și permit realizarea de procese biosintetice de lungă durată, pe medii procesate minimal. Pentru o mai eficientă utilizare a resurselor, tehnologia dezvoltată include utilizarea unor consorții pe bază de tulpini multifuncționale, înalt producătoare de enzime implicate în destructurarea biomasei lignocelulozice și cu caracteristici de biostimulant pentru plante.
Bioprodusele și biomaterialele prevăzute a se realiza, ca de ex. micomateriale produse prin prelucrarea avansată a miceliului utilizat pentru pre-tratamentul biomasei, produse anti-biodeteriogeni, biomateriale nanostructurate și (nano)compozite realizate pe baza biopolimerilor recuperați, oferă oportunități de dezvoltare în medii din viața reală a unor ecosisteme de inovare deschisă și de interconectare a diferitelor tipuri de cunoaștere (Living Labs).
Un exemplu ilustrativ pentru susținerea Living Labs destinate integrării diferitelor tipuri de cunoaștere este cel al micomaterialelor. Tradițional, astfel de materiale obținute din iască (Fomes fomentarius) sunt utilizate pentru confecții artizanale (pălării, șepci, poșete). În ultimii anii micomaterialele și-au diversificat semnificativ utilizările – nu numai ca înlocuitori de piele, ci și pentru ambalaje, elemente de arhitectură, piese auto, izolatori acustici, stupi de albine sanogeni, noi tipuri de textile, piese de design interior, noi materiale pentru electronică. șamd. Sunt utilizări în care se folosesc numai țesuturile cu organizare spațială ordonată, specifică macromicetelor, ca de ex. înlocuitorii de piele. În alte utilizări sunt folosite compozitele rezultate prin creşterea miceliului în asociere cu materialul lignocelulozic – micocompozite. Proiectul InteGral permite realizarea atât a micomaterialelor din miceliu pur (corpi de fructificație, miceliu separat electrostatic), cât și a celor compozite – din material lignocelulozic și miceliu fungal. Activitățile proiectului urmăresc integrarea flexibilă a diferitelor etape de procesare, pentru realizarea de înlocuitori de piele, piese auto, ambalaje pentru produse fragile (înlocuitori de polistiren expandat), biocompozite cu diferite destinații, paste pentru imprimare 3D (realizate și cu utilizare de celuloză bacteriană, de ex.) – figura 2.



Instalațiile de biorafinare propuse ca țintă reciclează nutrienţi deficitari (ca de ex. fosforul) și furnizează bioproduse destinate utilizării ca inputuri în tehnologiile agricole – biostimulanți pentru plante și amelioratori de sol. Biostimulanții pentru plante cresc sustenabilitatea culturilor agricole în condițiile amplificării stresurilor abiotice ca urmare a schimbărilor climatice. Amelioratorii pentru sol propuși (de ex. biocărbunele), împreună cu biostimulanții pentru plante, cresc capacitatea de fixare a carbonului a solurilor agricole. Împreună, aceste bioproduse au impact în provocările societale – cum este de exemplu cea a susținerii fixării carbonului în solurile agricole, Carbon Farming Scheme (CFS), anunțată prin Comunicarea privind ciclurile durabile ale carbonului.
Proiectul InteGral contribuie la ceea ce este considerată una din zonele fierbinți de inovare – în legătură cu fixarea carbonului în solurile agricole. Soluțiile prevăzute a se realiza sunt bio/hidro-cărbunele, nanolignina, stimularea rizodepunerii prin stimularea simbiozelor micorizale, microorganismele silicolitice și biostimulanții pe bază de (nano)silice recuperată din plante. Ținta acestor bioproduse este de a realiza fixarea carbonului în sol fără a determina creșterea emisiei unor alte gaze de seră (cum este de exemplu protoxidul de azot) și fără a determina creșterea riscurilor de eutrofizare. Sistemele agricole care promovează sechestrarea carbonului din sol stimulează, de asemenea, nitrificarea și eliberarea de protoxid de azot. Inhibitorii de nitrificare sunt o „sabie cu două tăișuri" care ar putea promova emisiile de amoniac din sol. Bioprodusele care sunt țintite de proiectul InteGral își propun să contribuie la dezvoltarea unor sisteme agricole care să fixeze carbonul în sol cu reducerea concomitentă a nitrificării.
Proiectul InteGral oferă soluții pentru recuperarea fosforului din sistemele biologice și utilizarea lui ca fertilizant în agricultură – cerință expresă a Comunicării prin care a fost anunțat noul Regulament pentru fertilizanți, COM (2016)157, inclusă în pachetul economiei circulare. Această cerință de recuperare a fosforului a fost reiterată recent în Planul de măsuri referitoare la asigurarea disponibilității și accesibilității îngrășămintelor – COM (2022) 590 final. Acest plan de măsuri nu se limitează la fosfor, ci include toți nutrienţii minerali. Principalul furnizor de fertilizanți ai Uniunii Europene este Rusia, iar fertilizanții minerali cu azot se obțin prin utilizarea extensivă a gazului metan – ca sursă de hidrogen și de energie. COM (2022) 590 final se referă și la creșterea eficienței de utilizare a fertilizanților, iar bio-stimulanții pentru plante sunt incluși în acest plan de măsuri ca una din soluțiile de aplicare pentru a realiza această creștere a eficienței de utilizare. Biostimulanții pe bază de Trichoderma propuși în cadrul proiectului InteGral au fost demonstrați ca având efect de creștere a eficienței de utilizare a azotului. Proiectul InteGral propune noi soluții pentru obținerea unor astfel de biofertilizanți, integrați proceselor de producere enzime și expansine pentru biorafinare.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite