Biorefining Training School 2012

Biorefining Training School 2012 Školení účastníků projektu „Inovace a rozvoj výuky ekoinovací v bakalářských oborech akreditovaných na FTOP VŠCHT Praha“ Jiří Kroufek, Daniel Maxa

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Biorefining Training School 2012 • • • •

29. - 30.10.2012 Wageningen, Nizozemí Wageningen Business School Tato akce byla již druhá v pořadí, první proběhla v roce 2011 v Paříži


Wageningen Business School • Škola založena v roce 2003 sloučením 2 subjektů s 30 letou historií Postacademisch en Hoger Landbouwonderwijs a Wageningen School of Management • Zabývá se pořádáním kurzů a vzdělávacích programů pro zájemce z celého světa • Je součástí Wageningen University and Research Center • Spolupracuje s řadou partnerů, např. s Universiteit Utrecht nebo Purdue University Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Odborné zaměření akce • 74 účastníků z celého světa • Okruhy odborníků – technologové a provozovatelé podniků vyrábějících biopaliva, vědečtí pracovníci v oboru energetika, paliva, ekonomové


Tematické zaměření akce • • • • •

Základní informace o konceptu biorafinerií Exkurse ve výzkumném agro centru Dostupnost zdrojů biomasy LC frakcionace a konverze biomasy Průmyslová biotechnologie – vrcholové strategie vývoje efektivních biokatalyzátorů • Termochemická konverze biomasy Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Tematické zaměření akce • Konverze a zpracování meziproduktů na finální produkty • Návrh a optimalizace biorafinerií • Čištění odpadních vod a odpadů • Analytické techniky při biorafinaci • Vícekriteriální hodnocení udržitelnosti komplexní biorafinerie a jejích produktů


Základní informace o konceptu biorafinerií • Celodenní přednáškový maraton – definice biorafinerie, biorafinerie v USA, koncepce, finanční rozvahy, využití získaných produktů • Jaké tam byly novinky – tráva jako biomasa – využití stávajících ropných zpracovatelských kapacit pro zpracování bioproduktů – nahrazení ropných produktů bioprodukty a zavedení nových produktů

• Co je z toho významné pro FTOP – Jsme pozadu-žádný z předmětů bakalářského studia se nevěnuje koncepcím biorafinerií, chemickým a biochemickým reakcím v nich používaným a jejich návazností – Bylo by vhodné se tématu více na fakultě věnovat? Rozhodně ano, tato koncepce je plně ospravedlnitelná a v blízké budoucnosti je pravděpodobná jako doplnění a možná i nahrazení některých ropných produktů. – Je to významné pro praxi absolventů? V době několika nejbližších let ne tolik, ale v horizontu následujících 10 let bude pravděpodobně v celé Evropě, ČR nevyjímaje, narůstat množství firem začleňujících některé prvky konceptu biorafinerií do svých provozů. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Základní informace o konceptu biorafinerií • Co je významné pro ČR – V ČR je dnes v provozu 10 firem produkujících bioetanol sdružených ve Svazu lihovarů České republiky a 11 firem produkujících bionaftu sdružených ve Sdružení pro výrobu bionafty. Dnes produkují především etanol a MEŘO a další produkty jsou vnímány spíše jako odpad. Všechny tyto podniky mají potenciál buď samostatně nebo ve vzájemné spolupráci rozšířit svoji produkci o maloprodukci produktů s vysokou hodnotou a zlepšit tak svoji rentabilitu a udržet se i v případě zrušení podpory státu na biopaliva. – Kromě uhlí dováží ČR všechna ostatní fosilní paliva. Jakákoliv ekonomicky srovnatelná a surovinově udržitelná náhrada znamená zvýšení energetické bezpečnosti státu a v případě konceptu boirafinerií také práci pro místní zemědělce. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Nové trendy výzkumu/vývoje v oboru, které na školení zazněly • Biorafinerie – nový koncept • Tráva a další netradiční suroviny jako zdroj biomasy • Řasy jako zdroj biopaliv třetí generace • Výroba petrochemikálií a jejich alternativ na základě meziproduktů ze zpracování biomasy • Zaměření na výrobu produktů s vysokou přidanou hodnotou pro zajištění konkurenceschopnosti ve srovnání s tradiční rafinerií Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Welcome and Opening Training Course on behalf of Wageningen UR & IEA Bioenergy Task42 on Biorefining Dr René van Ree Wageningen UR Úvodní přednáška školení, ve které byl přednesen program následujících dní a byli přivítáni účastníci. Následovalo představení IEA Bioenergy a Task42 Biorefieries. Klíčové body přednášky: • Představení International Energy Agency (IEA) • Vysvětlení pojmu BioEkonomie založené na Biorafineriích • Probrání pěti hlavních bodů Task42 Biorafineries - Posouzení aspektů rozvoje trhu integrovaných biorafinerií - Podpora účastníků při hledání jejich pozice v budoucí BioEkonomii - Analýza přístupů k optimálnímu udržitelnému zhodnocení biomasy pro potravinářské a nepotravinářské aplikace - Příprava právního poradenství pro budoucí potřeby - Organizace aktivit pro rozšiřování vědomostí


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Biorefinery, the bridge between Agriculture and Chemistry Prof. Dr. J.P.M. (Johan) Donohue Biobased Commodity Chemicals (BCH) Přednáška byla věnována konceptu spojení mezi výrobcem nové řady obnovitelných surovin – zemědělstvím, biorafinerií a klasickou chemickou výrobou. Základem perspektivního spojení těchto odvětví je ekonomicky výhodná struktura výroby a zpracování produktů, orientace na produkty s vysokou přidanou hodnotou apod. Ekonomické faktory jako je vzrůst ceny ropy ve spojitosti s vyčerpáváním minerálních zdrojů a ekologickými ohledy jako je negativní vliv emisí CO2, vedly k zaměření pozornosti na použití obnovitelných zdrojů jako surovin pro výrobu paliv, energie (tepla a elektřiny) a chemických produktů. Při jejich použití v kombinaci s ekologicky šetrnými technikami zpracování a výroby může být použití biomasy vnímáno jako udržitelná alternativa k tradičním surovinám. Výroba chemikálií může využít výhodu chemické struktury biomasy mnohem lépe než výroba paliv nebo elektřiny. Výroba chemikálií z biomasy ušetří více fosilní energie než pouze výroba energie z téže biomasy! To se odrazí v dobrých hospodářských výsledcích jak v ceně suroviny, tak v investičních nákladech.


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Biorefinery, the bridge between Agriculture and Chemistry Prof. Dr. J.P.M. (Johan) Sanders (pokračování) Přednášející se zaměřil na zodpovězení následujících otázek: • • • • • • • • • •

Za jakých okolností může biomasa konkurovat klasickým fosilním surovinám Jaké typy výrob již byly realizovány, jaké mohou být realizovány v blízké budoucnosti? Základní principy „biobased“ ekonomiky Odlišnosti různých typů biomasy, výtěžky, složení, snadnost separace a zpracování, hodnota produktů, LCA, náklady, doprava Složení biomasy – které složky jsou atraktivní pro další zpracování? Odpadní frakce, vedlejší produkty a zbytky, jejich vliv na životní prostředí, související náklady Historie biorafinerií Výhody a nevýhody zpracování v malém měřítku Pro jaké plodiny, procesy, lokality je výhodné malé měřítko Jednotkové operace zpracování biomasy


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Upgrading of Existing Industrial Infrastructures to Integrated Biorefineries Dr. Sofie Dobbelaere Ghent University, Ghent, Belgium Přednáška byla věnována zajištění ziskovosti výrob založených na zpracování biomasy. Byly diskutovány problémy ekonomické únosnosti biorafinerie jako kombinace výroby velkotonážních produktů a speciálních výrobků s vysokou jednotkovou cenou. Autorka se pokusila zodpovědět následující otázky:: • Koncept biorafinerie • Rozdíl mezi zemědělskou výrobou a integrovanou biorafinerií • Technické a ekonomické detaily výroby bionafty • Technické a ekonomické detaily výroby cukru • Technické a ekonomické detaily výroby syrovátky • Možnosti inovací ve výše uvedených výrobách


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Considerations for Including Biorenewable Feedstocks in Petroleum Refinery Processes Biorefineries Dr. Stanley Frey UOP LLC, USA Rafinerie jsou zavedené komplexní výrobní celky, vyznačující se vysokým stupněm integrace jednotlivých procesů s cílem zajištění ekonomicky výhodné výroby kapalných produktů, především paliv. Jednotlivé procesy jsou optimalizovány a navrženy tak, aby byly schopné zpracování všech látek včetně kontaminantů, které se vyskytují jak v původní surovině, tak v jednotlivých meziproduktech. Jsou vyřešeny problémy návrhu katalyzátorů, odstraňování nežádoucích látek i kompatibilita materiálů použitých při výrobě zařízení. Přístup realizovaný při návrhu a provozu klasické rafinerie může být použit i při návrhu integrovaných výrob zaměřených na zpracování biomasy. Je třeba zohlednit odlišné problémy, vyplývající z charakteru zpracovávaných surovin. V rámci přednášky byly porovnány rozdíly v kontaminantech obsažených v klasických fosilních surovinách a jejich obnovitelných alternativách. Dále byly uvedeny příklady, ve kterých UOP řešilo zpracování obnovitelných surovin v rámci rafinerie, včetně problémů kvality finálních produktů.


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce US Efforts in Advanced Biofuels and Refinery Opportunities Dr. Jonathan Holladay Pacific Northwest National Laboratory Richland, USA Zatímco první generace biopaliv v USA byla zastoupena především bioetanolem a v menší míře bionaftou, v současné době směřuje hlavní úsilí k získání takových uhlovodíkových paliv na bázi biomasy, která lze bez problémů začlenit do stávající infrastruktury výroby a distribuce (především motorových) paliv. Přednáška byla věnována současným výzkumným aktivitám v oblasti výroby tzv. vyspělých biopaliv (dříve biopaliva 2. a 3. generace), zainteresovaným subjektům a aktuálním výsledkům. Podstatná část příspěvku byla zaměřena na porovnání proudů a produktů klasické rafinerie a možnostem využití stávajících procesů v rafineriích při výrobě biopaliv. Klíčové body přednášky: • Příspěvek jednotlivých složek paliv k jejich výsledné kvalitě • Složky paliv na bázi biomasy • Primární procesy zpracování biomasy • Potenciální kapacita výroby biopaliv • Porovnání meziproduktů výroby klasických a biopaliv


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Microalgae biorefinery René H. Wijffels Wageningen UR Jednou z nadějně vypadajících možností pěstování biomasy je pěstování řas v bioreaktorech. Díky tomu by mohly být vyráběny biopaliva třetí generace, pro jejichž výrobu není třeba zabírat ornou půdu. Technologie potřebná k pěstování řas je jicž zvládnutá, ale v současné době není ekonomicky konkurenceschopná. Zároveň existuje ještě velké množství možností pro úpravy, modifikace a optimalizace, které přinesou větší výtěžky a hlavně sníží cenu produktů. Klíčové body přednášky: • Představení postupů při vnitřním a venkovním pěstování řas • Udržitelná produkce surovin pro výrobu paliv, jídla, krmiv, chemikálií a materiálů • Představení výzkumných programů týkajících se řas • Světlo a dusík jako hlavní limitující parametry při pěstování řas


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce BIO-COMMODITY REFINING Michael J. O’DONOHUE Institut National de la Recherche Agronomique Paris, France V současné době obavy ze změn klimatu a závislost Evropy na fosilních palivech dává impuls k přechodu společnosti k nové ekonomice využívající jako primární zdroj uhlíku a energie biomasu. V tomto ohledu je biomasa unikátní, protože je obnovitelná a zároveň schopná poskytovat uhlík pro výrobu chemikálií a dalších produktů nezbytných pro náš život. Lignocelulózová biomasa je zdaleka nejhojnější pozemský zdroj biomasy. Proto je logické, že je vyvíjeno značné úsilí k vypracování technologií přeměňujících tuto surovinu na produkty s přidanou hodnotou. Nicméně lignocelulózová biomasa je z chemického a strukturního hlediska velmi komplexní a její přeměna na produkty není jednoduchá, zvláště má-li být zpracována efektivně. Klíčové body přednášky: • Představení základních prvků lignocelulózových biorafinerií • Konkrétní příklady z EU projektu BIOCORE • možnosti a problémy lignocelulózových biorafinerií


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Green Biorefinery

Dr Michael Mandl Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH Graz, Austria Travní biomasa se stala podceňovaným a nadbytečným zdrojem biomasy v celé Evropě hlavně kvůli změnám v zemědělství. Řetězec alternativního využití biomasy se zdá být nezbytným pro zajištění příjmu zemědělců a k přiměřenému využívání půdy podle jejích charakteristik. Tráva a další biomasy se zelenými listy nabízí různorodé složky jako jsou bílkoviny, cukry, vlákna, chorofyl a další. Různé evropské projekty dnes vyvíjejí procesy k získání meziproduktů či konečných produktů z trávy. Kromě použitých technologií mají silný vliv na implementaci a úspory z rozsahu a tím ekonomickou proveditelnost také základní nastavení, velikost a integrace travních biorafinerií. Některé alternativní produkty založené na trávě byly úspěšně uvedeny na trh, ale jejich uplatnění ve velkém měřítku stále vázne. Klíčové body přednášky: • Tráva je dnes přebytečný zdroj kvůli změnám v zemědělském sektoru. Zatravněné plochy dokázaly, že jsou schopny udržitelné produkce v dlouhém časovém měřítku, což je dobrým základem pro buiorafinerie. • Surovinový dodavatelský řetězec má vliv na rozsah biorafinerií, což znamená, že jejich velikost je omezená. • Způsob skladování (čerstvá nebo silážovaná) má vliv na zpracování a rozmanitost získaných produktů. • Zdá se možné získat z trávy mnoho různých produktů ačkoliv existují v technologiích úzká místa. • Výzvou jsou ekonomické hraniční podmínky. Doporučuje se využívat vícero produktových konceptů. • Zajímavou kombinací je výroba produktů s vysokou přidanou hodnotou a produkce energie (anaerobní fermentací). • Zemědělská politika a financování je klíčovým faktorem jak dostat zelené biorafineri na trh.


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Biomass Program Daniel Lehrburger U. S. Department of Energy V USA stejně jako v EU je silný tlak na omezení závislosti na dovážených fosilních palivech a zajištění energetické bezpečnosti státu. Proto je také velká pozornost věnována biopalivům a v té souvislosti i biochemikáliím a energii produkované z biopaliv, což může přinést i nové ekonomické příležitosti. Klíčové body přednášky: • Představení U.S. Department of Energy Biomass Program • Cíl - nahrazení veškerých ropných produktů produkty z obnovitelných zdrojů • Biochemická konverze • Termochemická konverze • Příklady integrovaných biorafinerií v USA • Integrace bio-olejů do současných rafinerií • Představení výzkumných institucí pracujících na probraných tématech v USA


Příspěvky z úvodní, přednáškové části akce Bioenergy/Biofuel-Driven Biorefineries and their Environmental Assessment Dr. Gerfried Jungmeier Joannuem Research Graz, Austria Zvýšená spotřeba biopaliv v dopravě je důležitým faktorem pro vývoj pokročilých procesů výroby biopaliv v biorafineriích, kde mohou být přínosem souběžné výroby dalších produktů, což může mít další ekonomické pozitivní a environmentální efekty. IEA Bioenergy, Task 42 „Biorefineries“ definuje biorafinace následovně: “Biorefining is the sustainable processing of biomass into a spectrum of bio-based products (food, feed, chemicals, materials) and bioenergy (biofuels, power and/or heat)”. Rozlišují se “Energy-driven“ a “product-driven” biorafinerie. Byl vyvinut klasifikační systém pro biorafinerie, který popisuje biorafinerii na základě následujících parametrů: 1) platforma, 2) surovina, 3) produkty and 4) procesy, tjakže např. “A 3-platforma (lignin, C6&C5 cukry, elektrická energie a teplo) biorefinerie využívající dřevní biomasu pro produkci bioetanolu”. Ná základě aktivit 12 účastnických zemí (A, AUS, CA, DK, FR, G, I, IR, NL, T, UK, US) je zdokumentován stav a potenciál vývoje “energy-driven” a “product-driven” biorafinerií. Studie jsou založeny na sledování celého řetězce (“Full Value Chain Approach”), tj, problematiky surovinin, konverzních procesů a finálních produktů integrované při hodnocení ekonomických, socio-economických, environmentálních and sociálních aspektů ve srovnání s konvenčními procesy a produkty. V prvním kroku je analyzováno 12 nejzajímavějšíchc “energy-driven” biorafinerií do r. 2025.


Exkurse ACRRES – Application Centre for Renewable RESources www.acrres.nl

Marwijksoord/Rolde

umistění pracovišť ACRRES v Nizozemí

Valthermond Lelystad

Westmaas

Vredepeel


Exkurse ACRRES Centrum je orientováno na integrovaný přístup k využití všech dostupných zdrojů alternativních surovin a energií – zemědělských produktů, odpadů, větrné a solární energie. „Odpadní“ energie z jednoho procesu se zužitkují v rámci ostatních procesů (nízkopotenciální teplo z kogenerační jednotky pro vytápění bioreaktorů pro pěstování řas apod.) • experimentální bioreaktor produkující etanol následně oddestilovaný a sloužící k výrobě elektrické energie v generátoru • fotobioreaktor pro výzkum růstu řas na různých substrátech • kombinace venkovní a vnitřní nádrže pro pěstování řas napojená na experimentální koncentrátor řas • Ekologicky udržitelný způsob kombinované výroby chemikálií, hnojiv, elektřiny • Výhody-ekologická udržitelnost, surovinová „soběstačnost“ Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Exkurse • ACRRES solární a větrný park


Exkurse • ACRRES schéma výrob biomasy a jejich přepracování na energii a chemikálie testované v ACRRESu


Exkurse • Fotodokumentace Farma: kravín pole

Větrné elektrárny

Skleník řasy


Reaktor -výroba etanolu Generátor -výroba elektřiny, tepla, CO2

Exkurse • Fotodokumentace Reaktor – výroba etanolu

Destilace etanolu


Generátor – výroba elektřiny

Exkurse • Fotodokumentace


Poznatky z školení mohou být využity pro ekoinovace následujících předmětů fakulty • • • • • • • • •

Organické technologie (alternativní suroviny pro výrobu chemikálií) Analýza paliv (hodnocení nových typů paliv na bázi obnovitelných zdrojů) Alternativní paliva v dopravě (nové typy paliv z hlediska využití v dopravě) Alternativní zdroje energie I (nové suroviny) Alternativní zdroje energie II Základy energetiky (integrace využití energií z různých zdrojů) Výroba energie z biomasy (integrace využití energií z různých zdrojů) Ekologie (vliv nových technologií na životní prostředí) Technologie výroby bioplynu a biovodíku (nové suroviny, procesy)


Ekoinovace pro předmět

Analýza paliv • Analýza ligninu – Přehled norem majících vztah ke stanovení obsahu ligninu v surovinách pro výrobu biopaliv a stanovení složení ligninu pro potřeby jeho dalšího zpracování v biorafinerii – Lignin je přirozenou součástí surovin pro výrobu biopaliv a v některých případech i samotných paliv – Kromě energetického využití ligninu je žádoucí také jeho využití jako chemické suroviny nebo jeho konverze např. na kapalná biopaliva – S. Baumberger, A. Abaecherli, M. Fasching, G. Gellerstedt, R. Gosselink, B. Hortling, J. Li, B. Saake and E. de Jong. 2007. Molar Mass Determination of Lignins by Size-Exclusion Chromatography: towards a Standardization of the Method, Holzforschung, 61, 459-468 – Richard J.A. Gosselink, Jan E.G. van Dam, Ed de Jong, Elinor L. Scott, Johan P.M. Sanders, Jiebing Li, Göran Gellerstedt. 2010. Fractionation, analysis, and PCA modeling of properties of four technical lignins for prediction of their application potential in binders, Holzforschung 64(1), 193-200


Ekoinovace pro předmět

Organické technologie • Výroba „tradičních“ průmyslových chemikálií z nových zdrojů (epichlorhydrin z glycerinu apod.) • Výroba náhrad stávajících chemikálií či produktů podobnými, z alternativních surovin (bioplasty, PLC, PLA) • Výroba nových produktů


Celkové shrnutí Biorefining Training School je již zavedená akce se výbornou skladbou příspěvků z oblasti tradičního průmyslu, nových firem zaměřených na nové směry, výzkumných organizací i univerzit. Podobná je i skladba účastníků, ,což umožňuje interdisciplinární diskusi Významná je možnost návštěvy výzkumných center a průmyslových podniků s možností diskuse reálných výsledků zavádění nových technologií Na základě zkušeností z účasti lze doporučit návštěvu dalšího ročníku Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Biorefining Training School 2012

Recommend Documents