La оризова слама и отпадъци от резитба Култури като цитрусовите винаги са били разглеждани като проблематични: тонове трудни за управление отпадъци, разходи за извозване и в много случаи изгаряне на открито със значително въздействие върху околната среда. През последните години обаче тази ситуация се обръща благодарение на проекти, които ги трансформират в суровини за... производство на усъвършенствани биопластмаси.
Във Валенсианската общност всеки сезон генерира стотици хиляди тонове растителни отпадъци които доскоро бяха голямо главоболие за фермерите и държавните агенции. Днес инициативи като BIOVALSA, BIOPLA и Varbiopac, заедно с други направления на изследвания в областта на биорафинерията, демонстрират, че тези отпадъчни продукти могат да бъдат трансформирани в биоразградими опаковки. активни филми за храна и дори антимикробни добавки с висока добавена стойност.
От селскостопански отпадъци до биопластмаса: нова верига за създаване на стойност
Валенсианската провинция произвежда около [количество] всяка година 800 000 тона растителни отпадъциособено слама от отглеждането на ориз в Албуфера и отпадъци от резитба на цитрусови плодове. Традиционно управлението на тази биомаса се е основавало на скъпи или неустойчиви решения, като контролирано изгаряне или нейното отстраняване с високи логистични разходи.
Един от ключовите аспекти на проблема е, че обичайните процеси за превръщане на тази биомаса в биопластмаси зависят от много скъпи търговски ензимикоето може да представлява до 40% от общите разходи за трансформация. Тази икономическа тежест ограничава индустриалната жизнеспособност и възпрепятства приемането на по-екологични алтернативи на пластмасите на петролна основа. В този контекст, перспективата, предлагана от анализа на Иновации и предизвикателства в биопластмасите.
Изправени пред този сценарий, се появиха проекти, които се стремят да развият по-икономични и устойчиви маршрути за оползотворяванеспособни да използват пълноценно фракциите, които изграждат лигноцелулозната биомаса: целулоза, хемицелулоза и лигнин. Вместо да се гледа на оризовата слама и отпадъците от резитба като на неудобство, те започват да се считат за стратегически суровини за нова индустрия за биопластмаси на растителна основа. по-икономични и устойчиви маршрути за оползотворяване Те са ключови за прехода.
Тази трансформация е в рамките на логиката на Кръговата икономика, приложена в селското стопанствоСелскостопанските отпадъци вече не се разглеждат като край на цикъл, а се интегрират в нови вериги за създаване на стойност, генерирайки високостойностни промишлени продукти, като същевременно намаляват въздействието върху околната среда и разходите за управление. Тази инициатива е в съответствие с Стратегия за интелигентна специализация (S3) и други публични политики.
Освен това, като заместваме традиционните пластмаси с компостируеми или биоразградими биопластмаси, ние допринасяме за намаляване на въглеродния отпечатък и зависимостта от изкопаеми ресурсиТози аспект е в перфектно съответствие с европейските регулаторни изисквания и нарастващата екологична осведоменост на потребителите и институциите. възходът на биоразградимите материали Това е част от тази тенденция.
Проект BIOVALSA: Биопластмаси от оризова слама и отпадъци от резитба
Проектът БИОВАЛСАПроектът, ръководен от AIMPLAS (Технологичен институт по пластмаси), се фокусира върху разработването на иновативни процеси за производство на биопластмаси от оризова слама и отпадъци от резитба на цитрусови плодове във Валенсия. Целта му е да демонстрира, че е възможно тази биомаса да се използва рентабилно, без да се прибягва до токсични химични съединения или скъпи търговски ензими.
BIOVALSA се финансира от IVACE+i Иновации и от средства от ЕФРР в рамките на програмата на Валенсиянска общност 2021-2027 г., и е в съответствие със стратегическите иновационни комитети, специализирани в кръговата икономика и базовите технологии. Той също така попада в рамките на Стратегия за интелигентна специализация (S3) на региона, който насърчава проекти, способни да трансформират отпадъците в продукти с висока добавена стойност чрез съвременни технологични решения. Повече информация за екологична програма и екологичен преход контекстуализира този тип инициативи.
Подходът на BIOVALSA включва проектиране алтернативни процеси за отделяне на лигноцелулозна биомаса които не използват агресивни обработки или опасни разтворители. Вместо този химически интензивен подход, проектът се фокусира върху техники, базирани на биотехнологии, възползвайки се от избрани бактериални щамове и микроорганизми да разгражда целулозата и хемицелулозата по контролиран начин.
Тези методи позволяват отделното възстановяване на трите основни фракции на биомасата: целулоза, хемицелулоза и лигнинВсеки от тях е предназначен за специфично приложение в индустрията за биопластмаси, като по този начин се максимизира общата стойност на процеса и се предотвратява изхвърлянето на която и да е част от отпадъците.
Проектът е в своя първата година на развитие И вече е постигнал значителен напредък както в разделянето на компонентите, така и в селекцията на подходящи микроорганизми. Валидирани са методи за фракциониране на оризова слама, които избягват използването на токсични вещества, и паралелно с това се тестват различни бактериални щамове, способни да трансформират освободените захари в органични киселини от индустриален интерес.
Целулоза, хемицелулоза и лигнин: три фракции, множество биопластмаси
В подхода на BIOVALSA, целулоза, извлечена от оризова слама Използва се като субстрат за производството на млечна киселина чрез ферментация. Тази млечна киселина е основният мономер за производството на PLA (полимлечна киселина), в момента най-разпространената биопластмаса на растителна основа на пазара, широко използвана в опаковки, 3D принтери и множество продукти за еднократна употреба.
От своя страна, хемицелулоза, отделена от биомаса Той е насочен към получаване на янтарна киселина, друго ключово съединение за синтеза на PBS (полибутилен сукцинат)PBS е биоразградим биополимер с добра гъвкавост и устойчивост на топлина, което го прави интересен материал за приложения, изискващи по-взискателни термични и механични свойства.
Третата фракция, лигнинТрадиционно смятан за проблемен страничен продукт, той играе съвсем различна роля в BIOVALSA. Благодарение на естествените си антимикробни свойства, той се разглежда за употреба като функционална добавка в биопластични формулировки, където се предотвратява разпространението на микроорганизми, като по този начин се увеличава срокът на годност или безопасността на продуктите.
По този начин, вместо да се фокусира единствено върху получаването на един вид полимер, проектът изгражда интегрирана биорафинерия за оризова слама и отпадъци от резитбакъдето всеки компонент се трансформира в отделен ресурс. Този подход умножава възможните индустриални приложения: от PLA и PBS гранули за опаковане, до лигнинови добавки за антимикробни филми или специфични решения в областта на опаковането на храни.
Всичко това ще бъде проектирано с цел да се гарантира, че получените материали са биоразградими и компостируемитака че жизненият цикъл на продукта да завършва по-чисто, отколкото в случая с конвенционалните пластмаси, като се минимизират постоянните отпадъци в крайната му фаза. Съществуването на инфраструктури като например компостираща инсталация Това е пример за екосистемата, необходима за затваряне на този цикъл.
Кой участва в BIOVALSA и какъв е приносът на всеки партньор?
AIMPLAS координира BIOVALSA, като допринася с богатия си опит в оползотворяване на отпадъци и разработване на биополимериТяхната роля варира от оптимизиране на процесите на фракциониране на биомаса до проектиране и валидиране на пластмасови формулировки, които използват получените фракции.
El Университетски институт по хранително инженерство към Политехническия университет на Валенсия (FoodUPV) Той участва като академичен експерт в областта на биотрансформацията, ферментацията и оползотворяването на странични продукти от селското и хранителното производство. Неговите знания се използват за регулиране на условията на хидролиза и ферментация, както и за оценка на техническата осъществимост на предложените процеси.
Компанията Биобан Тя отговаря за геномния анализ и избора на най-подходящите бактериални щамове и микроорганизми за разграждане на целулозата и хемицелулозата в оризовата слама. Нейната работа е ключова за идентифицирането на ефикасни биокатализатори, които ще намалят зависимостта от скъпи търговски ензими.
Освен това, Виромии Той се занимава с проучване на икономическата жизнеспособност на нови процеси за получаване на биосъединения, като оценява разходите за суровини, логистиката, обработката и пазарния потенциал. Целта му е да определи дали разработените процеси могат да бъдат мащабирани до индустриално ниво с разумна рентабилност.
И накрая, Основни биополимери Той действа като краен клиент и е отговорен за индустриалната валидация на получените материали. Анализира поведението им в инсталацията, съвместимостта им с технологии за обработка като екструдиране или шприцване, както и пригодността им за различни търговски приложения в сектора на биопластмасите.
Проект BIOPLA: биоразградими опаковки, изработени от оризова слама от Албуфера
Друг еталонен проект във Валенсианската общност е БИОПЛАТази инициатива, специално насочена към сламата, генерирана от отглеждането на ориз в Албуфера във Валенсия, се координира от Обществото на фермерите във Вега (SAV). Тя има за цел да произвежда биоразградими и устойчиви опаковки, използвайки тази слама като суровина, превръщайки управленския проблем в икономическа възможност.
Изгарянето на оризова слама през есента е често срещана практика, за да се предотврати натрупването и гниенето на остатъците в полетата, което може да повлияе на качеството на водата във влажната зона и да причини смърт на риба. Това изгаряне обаче генерира емисии на замърсяващи газове и дихателни проблеми в населението на близките райони, в допълнение към нарастващите нива на замърсяване на въздуха. Развитието на зелена икономика Местните действия помагат за смекчаване на тези въздействия.
Основната цел на BIOPLA е да осигури на оризова слама достатъчна икономическа стойност За да се компенсират разходите за събирането и управлението му, проектът предлага използването му като възобновяема суровина за производство на биопластмаси, които са по-екологични от тези, получени от изкопаеми ресурси, като по този начин се допринася за кръговата икономика в района на Албуфера.
Този проект се финансира от Министерство на иновациите, промишлеността, търговията и туризма Проектът се финансира от регионалното правителство на Валенсия и се подкрепя от Валенсианската агенция за иновации (AVI) и европейските фондове FEDER. Координацията се осъществява от SAV, която си сътрудничи с Prime Biopolymers, Viromii и AIMPLAS, за да обхване целия цикъл - от полето до крайния пластмасов материал.
Как оризовата слама се трансформира в PLA в BIOPLA
Пътят на трансформация, предложен от BIOPLA, започва с механично смачкване на сламени стъбла за да се улеснят следващите етапи. След като размерът ѝ се намали, биомасата претърпява ензимни хидролизни процеси, които разграждат полизахаридните вериги, освобождавайки ферментируеми захари.
Тези захари се използват като субстрат в етап на микробиална ферментация което генерира млечна киселина. Впоследствие, чрез процес на полимеризация, тази млечна киселина се превръща в полимлечна киселина или PLA, най-широко използваната биопластмаса на пазара на биоразградими полимери, с приблизително 40% пазарен дял. Индустриалните примери за внедряване показват как Марките включват биопластмаса в неговите редове.
Така полученият PLA може да се трансформира в биоразградими опаковки в множество форматипригоден за хранителни продукти или други приложения. Този материал се характеризира със способността си да се разлага при подходящи условия и с по-ниското си въздействие върху околната среда в сравнение с конвенционалните пластмаси, тъй като произхожда от възобновяеми ресурси и може да се интегрира в промишлени системи за компостиране.
От стартирането на BIOPLA, техническият екип работи по логистиката на събирането и съхранението на сламата, както и по лабораторни опити за оптимизиране на различните обработки. Въз основа на получените резултати се очаква, че... мащабиране на процеса до пилотен завод, за да се валидира работата му в полуиндустриален обем и да се коригират икономическите и техническите параметри.
Този подход има за цел да демонстрира, техническа, икономическа и екологична жизнеспособност на технологията, обхващаща не само химическата и биотехнологичната част на процеса, но и цялостното управление на селскостопанските отпадъци от полето до преработвателния завод.
Ролята на SAV, AIMPLAS, Prime Biopolymers и Viromii в BIOPLA
La Дружество на фермерите във Вега (SAV) Това е организацията, която координира BIOPLA и е отговорна за доставката и съхранението на сламата, както и за пилотирането на процеса на полуиндустриална трансформация. Нейното участие е от съществено значение, за да се гарантира, че логистиката на събирането, транспорта и съхранението е жизнеспособна и достъпна за селскостопанския сектор. логистика за събиране и съхранение Това е критична част от проекта.
AIMPLAS влага богатия си технически опит в ферментационни биопроцеси за биопластмасипомагайки за определянето на оптималните условия за производство на млечна киселина и последващата ѝ полимеризация. Тяхната експертиза позволява регулирането на променливи като температура, pH, време за обработка и формулировки на катализатора.
Компанията Основни биополимери Той ръководи фазата на полимеризация на млечната киселина, трансформирайки я в PLA, готова за преработка в промишлени приложения. Също така провежда проучвания върху мащабируемостта на процеса и как да се интегрира този PLA, получен от селскостопански произход, в съществуващи производствени линии за опаковки.
На последно място, Виромии Фокусира се върху анализа на управлението на селскостопанските отпадъци в контекста на пазара на PLA, оценявайки аспектите на конкурентоспособността, потенциалните бизнес модели, свързаните с тях разходи и търговските възможности. Целта на работата му е да гарантира, че предложеното решение има реална жизнеспособност и след експерименталния етап.
Като цяло, BIOPLA е в съответствие с европейските политики на кръгова икономика и намаляване на отпадъцитезалагайки на по-устойчиви потребителски стоки и на оползотворяване на селскостопанските отпадъци, които доскоро се управляваха главно чрез изгаряне или изоставяне.
Проект Varbiopac: активни филми, направени от оризова слама, грозде и тигрови орехи
Освен BIOVALSA и BIOPLA, Валенсианската общност е и мястото на провеждане на проекта Варбиопак (Оползотворяване на селскостопанските хранителни отпадъци за получаване на биоразградими материали за активни опаковки за храни), популяризирано от изследователски екип на Политехническия университет във Валенсия (UPV).
Varbiopac използва голямо разнообразие от отпадъчни материали: оризова слама, гроздови стъбла и люспи Тези материали идват от винарни и включват остатъци от тигрови орехи от производството на хорчата, наред с други местни странични продукти. Всички тези материали се използват за разработване на биоразградими опаковки с антимикробни и антиоксидантни свойства, които подобряват съхранението на храната и спомагат за намаляване на хранителните отпадъци.
Проектът успя да получи биополимери като нишесте и PHBV Изработени от оризова слама и отпадъци от хорчата, както и екстракти, богати на фенолни съединения с антимикробна и антиоксидантна активност, тези екстракти се влагат във фолиата, за да им придадат допълнителни функционалности, което води до активна опаковка, способна да взаимодейства с храната, която защитава.
В резултат на това екипът се е развил до седем различни вида активни филми за опаковане на храни, използвайки както биополимери, произведени от отпадъци, така и подсилващи материали и функционални екстракти, получени също от странични продукти от селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост.
Варбиопак е финансиран от Програма Prometeo на правителството на Валенсия, насочена към подкрепа на изследователски групи с високи постижения, и работи от 2022 г. насам в тази насока за цялостно използване на отпадъците и разработване на устойчиви материали за хранително-вкусовата и козметичната промишленост.
Чисти техники за извличане на високоценни съединения
Един от най-интересните аспекти на Varbiopac е използването на екологично чисти техники за добивкато например екстракция с подкритична вода. Тази методология използва вода при висока температура и налягане, за да действа като ефективен разтворител, като се избягва използването на замърсяващи органични химични съединения.
Чрез тези видове процеси се получава екстракти, богати на фенолни съединения които допринасят за антиоксидантната и антимикробната активност на разработените материали. По този начин стойността на отпадъците се умножава: те не само се трансформират в основни биополимери, но и генерират високоценни функционални съставки.
Активните филми, произведени във Varbiopac, са тествани в приложения за опаковане в реалния святОпитите са включвали олио, свинско месо и сьомга. Резултатите показват голям потенциал за запазване на качеството на нетрайните храни, както и възможни приложения в козметиката, където защитата срещу окисляване и микроорганизми също е ключова.
Този подход е в съответствие с идеята, че устойчивостта вече не е бонус, а необходимост за хранително-вкусовата промишленостНамаляването на употребата на конвенционални пластмаси, свеждане до минимум на свързаните с тях такси и данъци и същевременно добавянето на стойност към преди това проблемни отпадъци представлява много подходяща икономическа и екологична възможност.
Освен това, чрез трансформиране на отпадъци, люспи и остатъци от тигрови орехи в търговски материали, компаниите могат генерират нови бизнес линии и подобряват своята конкурентоспособностпреминаване от плащане за управление на отпадъците към реализиране на печалби чрез продажба на продукти, получени от същите тези странични продукти.
Други иновации, използващи селскостопански отпадъци за биопластмаси
Освен проекти, фокусирани върху оризова слама и резитба, има и други инициативи, които демонстрират глобалния потенциал на Селскостопанските отпадъци като източник на биопластмасиЕдин пример е проектът PROMOFER, също насърчаван от AIMPLAS, който се фокусира върху трансформирането на отпадъци от селскостопански храни и лигноцелулозни отпадъци, като например слама от зърнени култури, отпадъци от резитба или отпадъци от тестени изделия, в биопластмаси тип PHBV и съединения за устойчиви полиуретани.
Друга забележителна линия на работа е пълно превръщане на тревната биомаса във функционална биопластмаса с антимикробни свойства. Изследвания, проведени в Страната на баските, показват, че чрез алкална хидролиза на биомаса и включване на добавки като ε-полилизин могат да се получат материали с добра механична устойчивост, твърдост и способност да инхибират микроби като Escherichia coli или Staphylococcus aureus.
Те също са разработили биопластични фолиа, направени от плодови отпадъциНапример, цитрусови кори. Тези филми комбинират пектин, целулоза и микрофибри, което прави възможно създаването на биоразградими и рециклируеми материали с антиоксидантни свойства, които могат да се използват в опаковки за храни с кратък срок на годност.
Всички тези усилия са в допълнение към проучването на други селскостопански остатъци, като например оборски тор, пшенична слама, остатъци от плодове, пулпи или лигноцелулозни странични продукти от резитбата, които могат да бъдат интегрирани в схеми за... биорафинерия за формулиране на биопластмаси и биоразградими покритияИдеята е винаги една и съща: да се трансформират трудните за управление отпадъци във високоценен ресурс.
Тези иновации не само намаляват количеството отпадъци и свързаното с тях замърсяване, но и допринасят за диверсифицира източниците на доходи в селскостопанския секторзатваряне на производствените цикли и насърчаване на по-устойчиви и устойчиви модели на земеделие.
Екологични и икономически предимства на селскостопанските биопластмаси
Използването на селскостопански отпадъци за производството на биопластмаси включва поредица от първокласни ползи за околната средаПърво, емисиите на парникови газове се намаляват значително чрез заместване на полимерите, получени от петрол, с възобновяеми и в много случаи компостируеми материали.
Второ, това смекчава натрупване на необработени селскостопански отпадъциТези отпадъци често генерират проблеми с миризма, емисии на метан и замърсяване на почвата и водата, ако се разлагат неконтролируемо. Чрез интегрирането им в индустриалните вериги за създаване на стойност, тези отпадъци престават да бъдат екологична отговорност.
От икономическа гледна точка, тези модели позволяват на земеделските производители и компаниите от хранително-вкусовата промишленост печелете допълнителен доход чрез своите странични продукти, или чрез продажбата им на биорафинерии, или чрез директно участие в преработвателните вериги. Това може да подобри рентабилността на фермите, които традиционно работят с ниски маржове.
На ниво пластмасова индустрия, наличието на биополимери с все по-конкурентни свойства Това улеснява спазването на все по-строгите екологични разпоредби и намалява облагането с данъци и такси върху използването на конвенционални пластмаси, което е особено актуално в европейски контекст.
Освен това, за марките, които са ангажирани с устойчивите опаковки, тези материали са мощен инструмент за диференциация, позволявайки им да предлагат... продукти, съобразени с нарастващото търсене на устойчивост от потребителите и дистрибуторите, без да се прави компромис с необходимите технически характеристики.
Технически, икономически и пазарни предизвикателства
Въпреки всички тези предимства, масовото приемане на биопластмаси от селскостопански отпадъци продължава да се сблъсква с трудности. важни предизвикателстваЕдна от основните цели е постигането на наистина ефективни и конкурентни процеси на трансформация в сравнение с мащабното конвенционално производство на пластмаса.
Логистиката също представлява предизвикателство: селскостопанските отпадъци често географски разпръснатиТова увеличава разходите за добив, транспортиране и преработка на суровините. От решаващо значение е да се разработят логистични и съвместни модели с първичния сектор, които да намалят тези разходи и да гарантират стабилно снабдяване на биорафинериите. В тази връзка, разбирането как този сектор може да допринесе с полезни идеи.
От техническа гледна точка, получените биопластмаси трябва да отговарят на взискателни стандарти за здравина, издръжливост и производителност при различни условия на употреба. Това изисква обширни изследвания на формули, добавки, съвместимости и полеви тестове, за да се гарантира, че производителността отговаря на очакванията.
И накрая, приемането на пазара е ключово: както компаниите, така и потребителите трябва да осъзнаят, че тези биопластмаси предлагат Разумен баланс между цена, производителност и устойчивостАко разликата в цената в сравнение с конвенционалната пластмаса е твърде голяма или ако производителността не е убедителна, приемането се забавя.
Следователно, проекти като BIOVALSA, BIOPLA и Varbiopac не се ограничават само до технологичния аспект, а интегрират и изследвания на икономическа жизнеспособност и пазарен анализ, с цел резултатите да не остават в лабораторията и да могат реалистично да бъдат мащабирани до индустриалния сектор.
Преобразуването на оризова слама, отпадъци от резитба и други странични продукти от селското стопанство в биопластмаси показва степента, до която селскостопанските отпадъци могат да бъдат трансформирани в... ключови компоненти на по-напреднала кръгова икономикаТези материали, способни да намалят зависимостта от петрол, да сведат до минимум въздействието върху околната среда и да създадат нови икономически възможности в селските райони и промишлеността, ще се превърнат от обещаваща иновация в често срещана характеристика в ежедневните опаковки, фолиата и устойчивите пластмасови решения, ако технологиите, регулациите и търсенето продължат да се развиват.
