Вы когда-нибудь задумывались, что происходит с остатками растений и фруктов, например, с мякотью, остающейся после приготовления сока или масла? Эти остатки называются биомассой, и вместо того, чтобы выбрасывать их как отходы, человечество может использовать их повторно для получения новых источников энергии, благодаря инновационному процессу переработки и преобразования, называемому валоризацией. Сейчас активно ведутся разработки по изготовлению оборудования для получения пользы из отходов оливок или подсолнечника, которые представляют собой материал, остающийся после производства оливкового и подсолнечного масла. С помощью специальных инструментов и процессов биомассу можно превратить в энергию для отопления домов, подачи дополнительной мощности для ЦОД (центров обработки данных) в сельской местности, топлива для автомобилей и грузовиков или в ингредиенты для косметики и лекарств. Эта идея является частью так называемой циклической экономики, где ничего не выбрасывается и все используется повторно, помогая построить более чистое и лучшее будущее для всех.
Оливки и оливковое масло пользуются популярностью во всём мире. Людям нравится их вкус, и они также знают об их пользе для здоровья. Оливки можно есть в качестве закуски, а оливковое масло использовать для приготовления пищи, салатов или тостов. Однако при производстве масла образуется много отходов, таких как косточки, мякоть (называемая жмыхом) и других производных. Раньше эти побочные продукты аграрного производства просто утилизировали. Но они ценны тем, что современные технологии позволяют отделять полезные компоненты, превращая их в чистую энергию, топливо и даже косметику или лекарства. Такой подход защищает окружающую среду, создаёт новые рабочие места и предприятия. Использование отходов является частью устойчивого развития, то есть разумного использования ресурсов без вреда для планеты. Но настолько ли всё замечательно обстоит с развитием таких процессов? Давайте разбираться.
Биоперерабатывающие заводы играют ключевую роль в этой трансформации. Это промышленные предприятия, где биомасса используется для производства энергии и полезных продуктов. Поскольку они получены из живых организмов, мы называем эти продукты «биопродуктами», а результаты процесса преобразуются в «биоэнергию». Как и в случае с «биомассой», приставка «био-» происходит от греческого слова «βιo-/ bio-», что означает «жизнь». Использование биомассы на таких предприятиях способствует развитию экономики замкнутого цикла. Используя современные технологии и достижения инженерной, химической и экологической науки, люди могут биоэнергетику, как альтернативу другим видам топлива: бензину и газу, способствуя более чистому и устойчивому будущему. Для этого необходимо учитывать весь жизненный цикл — от происхождения растительного сырья до их использования — чтобы помочь как людям, так и планете.
Биомасса, представляющая собой не только прямые «отходы», но также ветки, стебли, листья, на самом деле полна ценных компонентов. Оливковая биомасса обладает уникальным химическим составом и высоким содержанием энергии. Например, косточки оливок при сжигании могут выделять много тепла, что делает их отличным источником возобновляемой энергии для отопления или выработки электричества. Кроме того, они содержат антиоксиданты, которые защищают клетки человеческого организма от повреждений и используются в косметике и медицине. Другие полезные химические вещества в биомассе оливок включают маннит, подсластитель с низким содержанием калорий, и маслиновую кислоту, которая используется в уходе за кожей. Биомасса из этих и других растений также содержит три важных растительных компонента: лигнин, гемицеллюлозу и целлюлозу, которые могут быть превращены в экологически чистые продукты, такие как «зелёные» химикаты, а также саморазлагающийся биопластик.
Для извлечение различных веществ сначала используется метод холодной экстракции. Затем задействуется термохимический процесс, называемый пиролизом, при котором вещество нагревается до очень высоких температур без доступа кислорода — для его разложения и получения топлива или других продуктов переработки. Это создаёт биоуголь, разновидность древесного угля, который помогает даже очищать воду или улучшать почву. В результате этого процесса также получают биомасло и синтетический газ — два вида топлива, которые можно использовать для производства энергии.
Твёрдые отходы, остающиеся в конце процесса анаэробного сбраживания перемолотого жмыха, называются дигестатом и могут использоваться в качестве натурального удобрения. В другом химическом процессе косточки различных ягод или плодов обрабатывают кислотой для получения сахара, называемого ксилозой. Для этого учёные используют ферменты, специальные белки, которые ускоряют химические реакции. Затем ксилоза превращается в полезное химическое вещество, называемое фурфуралом, которое может быть дополнительно очищено, например, для производства клея или пластмассы. Остатки твёрдых веществ используются для производства биоэтанола, которое вполне может заменить бензин.
При другом подходе подобные ферменты помогают превратить целлюлозу в глюкозу. Затем распространённый вид дрожжей, называемый «Saccharomyces cerevisiae», использует эту глюкозу для роста и выделения этанола, который может использоваться в качестве топлива для транспорта. Но есть тут и сложности — хотя биомасса производится во многих местах, её складирование и предварительная подготовка занимает много места. Кроме того, она доступна только в определённые периоды года. Это делает её сбор, транспортировку и подготовку более сложными, чем круглогодичная добыча и использование нефти или природного газа.
Кроме того, на предварительном этапе требуется предварительная обработка, как правило, сушка и измельчение, что влечёт за собой дополнительные затраты энергии и средств. Если эти проблемы не будут решены должным образом, преимущества использования биомассы могут быть утрачены. Анализ жизненного цикла помогает понять воздействие процесса на окружающую среду от начала до конца, рассматривая каждый этап и сравнить их с ископаемыми видами топлива. Например, замена 40% бензина биоэтанолом может привести к сокращению выбросов парниковых газов, негативно влияющих на изменение климата, более чем на 50%. Но, поскольку биоэнергия производится из возобновляемого растительного сырья, сама стратегия может быть более щадящей, при ответственном управлении.
Ещё одна важная часть этой головоломки — организация цепочки поставок, то есть планирование транспортировки сырьевых запасов от места их производства до биоперерабатывающих заводов, а также организация доставки готовой продукции потребителям, которые в ней нуждаются. Их строительство вблизи мест с большим количеством изначального сырья, а также рядом с конечным потребителем (например, дата-центрами) может сэкономить время и деньги, а также уменьшить загрязнение окружающей среды. Сочетая тщательное планирование, анализ жизненного цикла и интеллектуальные системы поставок, люди могут извлечь максимальную выгоду из таких процессов переработки, выстраивая более чистое и экологичное будущее.