Czy pojedziemy na celulozie?

Czy pojedziemy na celulozie?
Autor: Andrzej Hołdys
(„Polska Energia” – styczeń 2015)
Włochy, Brazylia, USA – to pierwsze kraje, w których na skalę przemysłową zaczęto
produkować bioetanol drugiej generacji, czyli wytwarzany z niejadalnych części roślin.
Chciałoby się powiedzieć – nareszcie, jako że tradycyjne biopaliwa uważane są za ślepą
uliczkę. Czy to jednak będzie przełom?
Pierwszą na świecie rafinerię celulozowego biopaliwa uruchomiono pod koniec 2013 r. w
Crescentino w północnych Włoszech. W kolejnych miesiącach - najpierw w Brazylii, potem w
USA. W połowie 2014 r. o zamiarze zbudowania podobnego zakładu poinformowali
Chińczycy a jesienią akces do elitarnego klubu zgłosili Słowacy. Sprawy nabierają tempa.
Eksperci z Bloomberg New Energy Finance w niedawnym raporcie ocenili, że w 2030 r. w
takich biorafineriach, zamieniających zbędne resztki roślinne w bioetanol, mogą znaleźć
zatrudnienie dziesiątki tysięcy ludzi. Czy nie przesadzili z optymizmem? Od wielu lat mówi się
o bioetanolu z celulozy jak o produkcie, który lada dzień zrewolucjonizuje rynek paliw
płynnych. Ile to już razy ogłaszano wyniki kolejnych przełomowych badań, które miały
doprowadzić do rychłego uruchomienia „celulozowych rafinerii”? Potem jednak okazywało
się, że diabeł tkwi w szczegółach i rezultatów otrzymanych w laboratoriach nie da się zamienić
w dojrzałą technologię. Zamartwiali się zwłaszcza ci, którzy uważali, że bioetanol pierwszej
generacji, produkowany z jadalnych części roślin, głównie z kukurydzy i trzciny cukrowej, nie
ma nic wspólnego z ekologią i zrównoważonym rozwojem. Niestety, droga ku nowemu,
czystemu i ekologicznemu paliwu pozyskiwanemu z celulozy wydłużała się w nieskończoność
i powoli zaczynała przypominać pogoń za oddalającym się horyzontem.
BIOETANOL PIERWSZEJ GENERACJI
Lecz oto stało się to, na co czekano. Nowa epoka (mówiąc nieco szumnie) zaczęła się pod
Crescentino - piemonckim miasteczkiem leżącym nieopodal Turynu w północnych Włoszech.
Ponad rok temu, w październiku jesienią 2013 r, otwarto tam z wielką pompą biorafinerię, która
docelowo, prawdopodobnie już w 2015 r., dostarczać będzie rocznie około 50 mln litrów
etanolu pozyskanego z odpadów rolniczych. Aby tyle wyprodukować, potrzeba będzie około
200 tys. ton surowca, głównie słomy. Dodatkowo kilkanaście hektarów nieużytków
przeznaczono pod zasiewy trzciny laskowej - szybko rosnącej trawy wytwarzającej dużo
wysokoenergetycznej biomasy. Rafineria pod Crescentino powstała w wyniku współpracy
dwóch firm: włoskiej Beta Renewables i duńskiej Novozmyes. Pierwsza opracowała cały
proces technologiczny, a druga dostarczyła kluczowego elementu tego procesu - enzymów. Są
one niezbędne, aby celulozę i hemicelulozę, czyli cukry złożone wchodzące w skład roślin,
rozłożyć na cukry proste. Dopiero te można bowiem poddać fermentacji z dodatkiem drożdży
w celu uzyskania etanolu. Ta ostatnia faza procesu technologicznego jest już doskonale
opanowana. Tak właśnie powstaje bioetanol pierwszej generacji. Wytwarza się go z jadalnych
części roślin, których składnikiem są cukry o względnie prostej budowie. Z nimi drożdże łatwo
sobie radzą.
Z celulozą i hemicelulozą, które odzyskuje się z niejadalnych części roślin, już tak prosto nie
jest. Oba związki należą do głównych budulców ściany komórkowej chroniącej komórkę
rośliny przed światem zewnętrznym. Muszą więc być odporne na działanie rozmaitych
czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych. Na dodatek celuloza nie występuje w
roślinie samodzielnie, ale jest mocno związana z ligniną stanowiącą rodzaj lepiszcza
nadającego komórce zwartość i sztywność. Najpierw więc trzeba oddzielić celulozę od ligniny,
a następnie tę drugą (a także hemicelulozę) przekształcić w cukry proste, które stanowiłyby
pożywkę dla drożdży. Celem licznych badań naukowych prowadzonych w wielu ośrodkach
uczelnianych i przemysłowych na świecie było opracowanie opłacalnej metody zamiany
celulozy w biopaliwo. W laboratoriach czasami się to udawało, ale w większej skali - już nie.
REWELACYJNE DUŃSKIE ENZYMY
W 2006 r. do takich badań przystąpiło także ponad dwustu biotechnologów z włoskiej firmy
Biochemtex. Pięć lat później udało im się zbudować próbną instalację do produkcji bioetanolu
drugiej generacji. Nowa metoda, na której opracowanie wydano łącznie 150 mln euro (także z
unijnych funduszy), okazała się na tyle obiecująca ekonomicznie, że zainteresował się nią
amerykański fundusz inwestycyjny Texas Pacific Group. Pod koniec 2011 r. podjęto decyzję o
wspólnym zbudowaniu pierwszej rafinerii z prawdziwego zdarzenia. Miała się tym zająć nowo
utworzona spółka joint venture, którą nazwano Beta Renewables. Rok później do interesu
przystąpili Duńczycy z Novozymes, wnosząc w wianie 70 mln euro oraz rewelacyjne enzymy,
dzięki którym znacznie przyspieszono tempo rozkładu celulozy na cukry proste. Między
innymi to dlatego koszty produkcji celulozowego etanolu znacznie zjechały w dół (choć wciąż
są wysokie).
O efektywność zadbano wszędzie, gdzie się dało. W zakładzie pod Crescentino prawie nic się
nie marnuje. Woda jest w stu procentach poddawana recyklingowi, a zbędna lignina okazała się
niezwykle przydatna. Wraz z biogazem powstającym podczas procesu produkcyjnego wykorzystano ją do produkcji ciepła i prądu. Tego ostatniego jest tyle, że wystarcza na
zaspokojenie wszystkich potrzeb biorafinerii. Zakład jest zatem samowystarczalny
energetycznie, a nadwyżki prądu przekazuje do sieci energetycznej.
Szybko znaleźli się zainteresowani powieleniem tego sukcesu. W maju 2014 r. włoski rząd
podpisał z Beta Renewables porozumienie w sprawie wzniesienia trzech kolejnych takich
fabryk: na Sardynii, na Sycylii i w Apulii. W lipcu podobną umowę podpisano z Chińczykami,
którzy swoją fabrykę chcą postawić w prowincji Anhui na wschodzie kraju. A w październiku
niemal identyczny kontrakt zawarto ze Słowakami. Ich celulozowa rafineria stanie w pobliżu
miasteczka Strážske, blisko granicy z Ukrainą.
SUKCES MIĘDZYKONTYNENTALNY
To nie koniec interesujących wieści. Od września 2014 r. biorafineria produkująca etanol z
celulozy działa także w brazylijskim stanie Alagoas w północno-wschodniej części kraju.
Uruchomiła ją miejscowa firma GranBio, zauroczona wizją „nowej zielonej rewolucji”, którą
ma przynieść masowe wykorzystanie milionów ton odpadków roślinnych marnujących się co
roku na polach, wspartej hojnie kwotą ponad 150 mln dolarów przez brazylijskiego miliardera i
przemysłowca Victora Gradina. Technologię Brazylijczycy kupili od Beta Renewables. Po
wstępnej fazie rozruchu zakład w Alagoas ma dostarczać rocznie 82 mln litrów bioetanolu
drugiej generacji, a w ciągu dwóch lat zostanie podjęta decyzja o zbudowaniu w sąsiedztwie
drugiej takiej instalacji
No i jest jeszcze Ameryka. W 2014 r. w USA uruchomiono i ukończono rozruch trzech takich
innowacyjnych biorafinerii. Jako pierwsza - we wrześniu - zaczęła pracować fabryka w stanie
Iowa, zbudowana kosztem 275 mln dolarów w ramach przedsięwzięcia „Project Liberty”. Poza
Amerykanami uczestniczą w nim Holendrzy z firmy biotechnologicznej Royal DSM, dostawcy
enzymów. Rocznie ma ona produkować 80 mln litrów paliwa, połykając dziennie 770 ton
kukurydzianych łodyg i liści. Jeszcze więcej, bo 1000 ton resztek roślinnych dziennie, będzie
konsumował uruchomiony w październiku zakład w stanie Kansas. Jego docelowa roczna
wydajność to 90 mln litrów. Inwestorem jest hiszpański koncern Abengoa, gigant w sektorze
energii odnawialnej. A najwięcej - 110 mln litrów rocznie - ma dostarczać rafineria
celulozowego bioetanolu wzniesiona w stanie Iowa przez firmę DuPont. Własne plany
związane z Ameryką mają też Włosi z Beta Renewables. Ich rafineria powstanie w Północnej
Karolinie.
RESZTA W RĘKACH POLITYKÓW
Wszystkie te inwestycje to wciąż kropla w morzu potrzeb. Cóż to jest kilkaset milionów litrów
rocznie? Tylko w USA skonsumowano w zeszłym roku około 500 mld litrów benzyny.
Przyszłość celulozowego bioetanolu wcale nie jest pewna i wciąż może się okazać, że pierwsza
jaskółka wiosny nie czyni. Wiele zależy od polityki konkretnego państwa względem biopaliw
nowej generacji, chęci ich subsydiowania i prawnego wspierania. Niedawno pojawiły się nawet
wątpliwości, czy rzeczywiście jest ono takie ekologiczne. Grupa badaczy twierdzi, że zwożenie
do biorafinerii z pól wszystkich tych resztek roślinnych wcale nie jest korzystne dla
środowiska. Przede wszystkim jednak dodawanie większych ilości celulozowego bioetanolu
wymaga zastosowania silników nowej generacji oraz sporych inwestycji w urządzenia do
mieszania paliw. Z tego ostatniego powodu bioetanol może wkrótce przegrać rywalizację z
kolejną nowinką, nad którą główkują chemicy. Mam na myśli paliwa, które Amerykanie
nazywają „drop-in” - chemicznie identyczne z tradycyjną benzyną i olejem napędowym, tyle że
otrzymywane w inny sposób niż z ropy naftowej. Dlatego można je lać od razu do baku. Więcej
o tym nowatorskim pomyśle - za miesiąc.