Kokkuvõte:
Tänapäeva ühiskonnad sõltuvad suuresti naftast ning üleminek taastuvatele ja säästvatele koostisosadele on märkimisväärne väljakutse. Biorafineerimistehased on selle nihke saavutamisel kesksel kohal, kasutades biomassi, mis ei konkureeri toorainena toiduga, ja luues konkurentsivõimeliste toodete portfelli. Sellised meetodid nagu auruplahvatus võimaldavad tööstusel biomassi eraldada ja eraldada väärtuslikeks tooraineteks ilma katalüsaatoriteta, pakkudes konkreetset näidet nullheitest ja jäätmete madala hinnaga väärtuseks konverteerimisest. Uuringud on näidanud, et sellised ained nagu tubakataim pakuvad palju enamat kui lihtsalt surmava suitsetamisharjumuse sissetulekut. Avastame üha enam põllumajandus- ja metsandustoodete potentsiaali kasulike biokemikaalide, loomasööda ja ensüümide loomiseks. Uut tüüpi jätkusuutlikkuse suunas liikudes, mida tuntakse kui "sinist majandust", ei tohi me unustada mahajäetud tehaste ja saastunud alade – kasutuskõlbmatute varade – ümberkujundamist, et stimuleerida kohalikku ja konkurentsivõimelist majandust ning avaldada positiivset mõju keskkonnale.
Märksõnad: biorafineerimistehased, nafta, taastuvad ja säästvad koostisosad, põllumajandusjäätmed, naftakeemiatooted, auruplahvatus, jäätmed, biokemikaalid, loomasööt, kohalik majandusareng, kasutamata varad, töökohtade loomine.
Tagasihoidlik algus: dr Aurelio Peccei
1986. aastal nõustus ENEA (Itaalia Alternatiivenergia Uurimise Instituudi) president ja Rooma Klubi asepresident dr Umberto Colombo kirjutama eessõna minu raamatule "Aurelio Peccei: Tuleviku ristisõdija, Rooma Klubi asutaja portree". Sellest hetkest alates pakkus ta mulle minu tööle tugevat toetust. Aurelio Peccei oli tähelepanuväärne juht, kes oli juhtinud suuri tööstusettevõtteid nagu FIAT ja Olivetti ning kellega mul oli au töötada neli aastat (1980–1984). Kohtusin dr Pecceiga, kui mind oli just valitud Belgia üliõpilasliidriks (AIESEC). Ta julgustas mind alati jääma iseseisvaks ja mitte kunagi võtma vastu tööd rahvusvahelises korporatsioonis või suures konsultatsioonifirmas. Ta väitis, et maailm vajab inimesi, kellel on loominguline meel, isu kalkuleeritud riskide võtmiseks ja selgus edasise tee suhtes, hoolimata ekspertide vastuseisust. See on roll, mida ta julgustas mind ühiskonnas täitma. Pärast Aurelio Peccei surma 1984. aastal ei tervitanud Rooma Klubi juhid minu kohalolekut oma koosolekutel, erinevalt dr Pecceist, kes mitte ainult ei julgustanud mind nendega liituma, vaid pani mind ka kuumale kohale, et saaksin oma seisukohti jagada. Olin klubiga liitunud samal ajal dr Juan Radaga, kes oli Genfis asuva Rahvusvahelise Juhtimisinstituudi (IMI) direktor ja hilisem Oracle Corporationi asepresident. Kuigi olime marginaliseerunud mõttekojas, mille eesmärk oli uurida sotsiaalsete ja majanduslike arengute pikaajalisi mõjusid globaalsel tasandil, saime kasu kõrgetasemelisest mõtteprotsessist, mida viis läbi pühendunud juhtivate mõtlejate rühm, kes soovis näha uue põlvkonna murranguliste tegijate teket. Umberto Colombo, Hugo Thiemann (Battelle'i memoriaalinstituudi direktor), Bohdan Hawrylyshyn (Genfi CEI tööstusuuringute keskuse direktor), Maurice Guernier (Prantsuse valitsuse rahandusinspektor), Orio Giarini (Šveitsis asuva kindlustusuuringute instituudi direktor) ja Carl-Göran Hedén (Stockholmis asuva Karolinska instituudi direktor) olid pärast dr Peccei surma hea meelega aeg-ajalt mentoriteks.
Biorafineerimistehaste arendamine oli üks peamisi teemasid, mis seda väikest edumeelsete inimeste gruppi köitis. Nende argumendid rõhutasid raskusi üleminekul naftast suuresti sõltuvalt ühiskonnalt taastuvatel ja säästvatel ressurssidel põhinevale ühiskonnale. Karm reaalsus on see, et naftat krakitakse ja seejärel sünteesitakse tuhandeteks tehislikeks molekulideks, samal ajal kui põllumajandus- ja metsandusressursse istutatakse monokultuuridesse ühe toote saamiseks ja kõik muu läheb raisku. Need eksperdid eirasid valitsevat loogikat, et põllumajandusjäätmeid tuleks kasutada mulla täiendamiseks, kuna taimed ei paku mullale kõige tõhusamaid toitaineid; Jäägid peavad olema töödeldud loomade, seente ja bakterite poolt ning nende jäätmed on mulla jaoks ideaalsed toitained. Just jäätmetest on saanud keskne osa aine-toitumise-energia ahelas, mis iseloomustab "nullheite" põhimõtteid. Elav arutelu ja peamised ettepanekud keskendusid kõigi taastuvate biomassi toorainete ümberkujundamisele sama loogika abil nagu naftakeemia rafineerimistehased, et saada kümneid funktsionaalseid kemikaale, toitu ja loomasööta. Dr Colombo viis ENEA-s läbi ulatusliku uurimisprogrammi, investeerides aastate jooksul üle 100 miljoni euro, ja Maurice Guernier positsioneeris seda revolutsioonina, mis tagaks Aafrika arengu, mõjutades Aafrika riigipead. Professor Hedén, kes töötas selle teemaga praktilisel viisil, lõi sidemeid kogu maailmas. Ta julgustas mind järgima seda teedrajavat majandusarengu mudelit kohe, kui ma 1994. aastal UNU rektori vanemnõuniku ametikohale asusin.
Tubakatööstus: enamat kui lihtsalt sigaret
Professor Hedén on arst, kes tekkis sügavalt huvitatuna bioloogiast ja juhtis seda osakonda aastaid Karolinska Instituudis, mis on tuntud meditsiiniuuringute instituut ja haigla Stockholmis Rootsis. Kui tubakatööstus sattus 1970. aastatel avalikkuse ja eriti Skandinaavia poliitikute suurema tähelepanu alla, otsustas Rootsi Riiklik Tubakaettevõte käivitada uurimisprogrammi tubakataime koostise uurimiseks. See projekteeris tervikliku rajatise, mis võimaldaks biomassi eraldamist ja umbes 2000 erineva molekuli ekstraheerimist taimest. Kirjanduse ülevaated näitasid, et lisaks nikotiinile sisaldab tubakataim hulgaliselt komponente, mille väärtus ületab tunduvalt ühe sigareti tootmisest saadavat tulu. See uuring, mida professor Hedén tähelepanelikult jälgis, tekitas inseneride seas arutelu selle üle, kuidas tubaka rafineerimistehast projekteerida ja milliseid koostisosi tuleks kõigepealt ekstraheerida.
Uurimisprogramm jätkus mitu aastat, kuni Rootsi valitsuse surve saavutas 1980. aastatel uue haripunkti, mis viis tubakauuringute kulutuste edasise kärpimiseni. Rootsi tubakafirma tundis end olevat põhimõttelise taasavastamise äärel, mis ajendas seda kiirendama uue ärimudeli otsinguid, mitmekesistades oma tegevust tehase potentsiaaliga, selle asemel et müüa tubaka toksilisust. Kolimine Põhja-Carolinasse (USA) tõi kaasa suurema avatuse ja paindlikkuse kulude osas ning võimaldas tubakauurijatel avastada mitmesuguseid töötlemistehnoloogiaid, mida Rootsis polnud uuritud. Eraldus- ja isolatsioonitehnika keskmes oli protsess, mida tuntakse auruplahvatusena. Sain auruplahvatusest teada 1994. aasta alguses, vahetult pärast ZERI tegevuse alustamist Jaapanis, ja olin üllatunud, kui avastasin, et aktiivse suitsetamisvastase eestkõnelejana pidin tunnistama, et mõned sigaretitööstuse inimesed töötasid välja väga säästvaid tööstusprotsesse, millest saaksime palju õppida. Uurimiskeskuse rajamise Põhja-Carolinasse (USA) põhjuseks oli asjaolu, et 80% selle osariigi põllukultuuride jääkidest asub rannikuvööndis, mis muudab transpordi odavaks ja lihtsaks. Maisivarte ja nisupõhu kogumahust saaks toota 200 miljonit liitrit etanooli aastas. Arvestades, et tarne on piiratud vaid 40 kilomeetri raadiusega tootmistehase ümber, saaks Põhja-Carolina rannikupiirkond tänu biomassi kättesaadavusele rajada neli etanoolitehast. See detsentraliseeritud tootmismudeli baas määras tegevuse suuruse ja tootmise energiabilansi.
Auru plahvatuse mõju
Aurupritsimine on taimse materjali eraldamise ja ekstraheerimise tehnika, mis praktiliselt ei vaja kemikaale ega katalüsaatoreid. See kasutab küllastunud auru (180–230 °C) kõrge rõhu all (15–30 kg/cm²), et paljastada purustatud biomass. Need füüsikalised tingimused lõhuvad keemilised sidemed ligniini, tselluloosi ja hemitselluloosi vahel, mis on taime kolm peamist komponenti. Kui see biomass surutakse läbi kitsa düüsi, kaotab materjal oma füüsikalise struktuuri, muutes selle vees paremini lahustuvaks. See oli üks esimesi tööstuslikke uuendusi, mis näitas, et füüsika peaks eelnema keemiale. Aurupritsimisel on potentsiaal asendada keemilist tselluloosi ja musta leelist (jäätmeid), luues samal ajal rikkaliku portfelli uusi tuluallikaid. Saadud toodete hulka kuuluvad ligniin, mida saab kasutada süsinikkiudude, vanilliini ja asfaldi tootmiseks. Hemitselluloos on viiest või kuuest süsinikust koosnevatest suhkrutest koosnev polümeer, mida saab kasutada looduslike magusainete, näiteks ksülitooli või looduslike lahustite tootmiseks. Tselluloos on glükoosi polümeer, mida kasutatakse paberi ja tekstiilide valmistamiseks või alkoholi tootmiseks. Samal ajal kui otsisin konkreetseid näiteid nullheitmetest ja nulljäätmetest, mida esitada 1997. aastal toimuval Kyoto protokolli üle otsustamise kohtumisel, pakkus see 7 miljoni dollari suurune USA rahastatud katseprojekt biomassi rafineerimistehas veenva tõestuse, et protsess on mitte ainult tehniliselt teostatav, vaid ka rahaliselt mõistlik. Surve tubakatootjatele suurenes ja valitsuse kehtestatud uuringute peatamine 1990. aastatel peatas selle uurimisprogrammi. Õnneks õnnestus professor Hedénil säilitada kontakt tegevuse lõpetanud uurimisrühmaga Biofocus Foundationi kaudu ja kindlustada lubadus, et rajatist saaks kasutada tubakaväliseks uurimistööks. Tommy Jonssoni juhitud Biofocus Foundation koondas rühma teedrajavaid mõtlejaid, sealhulgas Maailma Kunsti- ja Teaduste Akadeemia presidendi Walter Truett Andersoni, Stockholmi Kuningliku Tehnikaülikooli (KTH) Gunnel Dalhammari ja Nobeli Fondi Sam Nilssoni. Seda ettevõtmist toetas MIRCEN (UNESCO Mikrobioloogia Ressursikeskus), mida hiljem juhtis Jacky Foo, kes oli olnud meeskonna liige algusest peale UNU-s Tokyos. Euroopa ekspertide meeskond külastas tehase tegevust Ameerika Ühendriikides 1995. aastal. Liitusin grupiga koos David Crockettiga, Tennessee osariigis Chattanooga linnavolikogu liikmega, kes soovis rajatise oma linna tuua osana oma püüdlustest piirkonda taasindustrialiseerida. Chattanooga eesmärk oli saada Ameerika esimeseks jätkusuutlikuks linnaks ning tosinkonna külastuse põhjal aastatel 1993–1995 aitasin kujundada uut tööstusarengu mudelit, mis hõlmas elektribussitransporti – esimest omataolist Ameerika Ühendriikides ja mida peetakse siiani teedrajavaks süsteemiks. Teine ÜRO nullheitmete maailmakongress toimus Chattanoogas 1996. aastal, kus osales USA energeetikaminister Hazel R. O'Leary. Põhiettekande pidasid DuPonti tegevjuht Edgar Woolard, Tennessee oru ameti esimees Craven Crowell ja mitmed paljulubavad poliitikud, kes on nüüdseks väga mõjukad senaatorid, näiteks USA senaatorid Bill Frist ja Fred Thompson. Konverentsi üks peateemasid oli "materjalide eraldustehnoloogiad" kui biorafineerimistehaste alus. Teema ei olnud jätkusuutlikkus; maailmakongress tõi esile uuendusi, mis võiksid suunata ettevõtteid konkurentsivõime ja jätkusuutlikkuse poole.
Tigney protsess ja vaiatehnoloogia
Põhja-Carolina tehase lihtne disain ja see, kui lihtsalt see seade suutis taimset materjali fraktsioonideks eraldada, avaldas mulle muljet. See oli hea näide nullheitest ning toitainete, energia ja materjali kaskaadsest edasikandumisest madala hinnaga, luues samal ajal ülimat väärtust. Esialgse uurimisrühma laialisaatmine tubakatoodete piirangute tõttu ajendas professor Hedéni aga võrreldavate algatuste otsimiseks üle maailma reisima. Peamine teaduslik arutelu käis selle üle, kas biorafineerimistehas võiks olla partii- või pidevprotsess. Üks inseneride rühm pooldas partiiprotsessi, kuna see võimaldas temperatuuri, rõhku ja energia taaskasutamist paremini kontrollida. Selle rühma, mida tuntakse kui "Tigney protsessi", leiutas Edward DeLong. Selle tehnoloogia võtsid omaks Rootsi teadlased, kes maksid patentidele juurdepääsu eest umbes miljon dollarit. Teine protsess, mida tuntakse Stake Technology nime all, oli pidev eraldus- ja ekstraheerimismeetod.
Põhja-Ameerika teadlased (nii Kanada kui ka Ameerika) soovisid välja töötada protsesside portfelli, mis annaks puidule lisaks väärtust ka peale põletamise või ainult etanooli tootmiseks kasutamise. Põhiline loogika oli paigas: eraldada ligniin tselluloosist ja hemitselluloosist, et biomass oleks hüdrolüüsiks valmis ja jääke, sealhulgas pentoossuhkruid, saaks kasutada muul otstarbel kui lihtsalt etanooli kääritamiseks. Põhja-Ameerikas tekkis pool tosinat tehnoloogiaettevõtet, mis haarasid kinni võimalusest toota kemikaale ja kütust. Nende hulka kuulusid sellised ettevõtted nagu Iogen (Ottowa www.iogen.ca), mis töötleb õlgi patenteeritud ensüümidega aurupritsme abil; Bionol Corp, hiljem ümber nimetatud BC International (Dedham, Massachusetts www.bcintlcorp.com), mis töötleb maisivarsi, bagassi ja puiduhaket biokeemilisteks aineteks, kuid keskendub etanoolile; Arkenol (Sacramento, California), mis töötab kontsentreeritud hüdrolüüsil; Paszner ACOS (Vancouver, Kanada); samuti Stake Technology ja Tigney, mida juba mainiti. Stake Technology on ainus kontsern, mis mõistis juba 1990. aastatel, et võti ei peitu ainult biorafineerimistehase loomises ja biomassist mitmete tuluallikate ammutamises. Ettevõtjad, kes investeerisid sellesse tehnoloogiasse aastaid, otsisid võimalusi suurema väärtuse loomiseks tarbijale lähemale jõudes, mis viis Stake Technology Ltd. ühinemiseni Pro Organicsiga, mis pakub kõige laiahaardelisemat valikut sertifitseeritud mahetooteid, mahepõllumajanduslikke lahtisi toiduaineid ja loodustooteid. Algselt lükati ühinemine tagasi, kuna see ei sobinud traditsiooniliste äristrateegide poolt propageeritava äriloogika ja põhipädevustega. Kuid Jeremy Kendall, kes oli SunOpta (äsja ühendatud ettevõtte nimi) tollane president ja tegevjuht, nägi juba 2003. aastal võimalust (www.sunopta.com) pakkuda integreeritud ärimudeleid, mis ühendavad uuenduslike tootmisprotsesside komplekti tervislike ja konkurentsivõimeliste tarbekaupadega. Sellest ajast alates on Steven Bromley juhtinud ettevõtet, mis on noteeritud NASDAQ-il ja mille kogutulu ületas 2013. aastal 1,2 miljardit dollarit.
Dr. Janis Gravitis: erakordne teadlane
Kui professor Hedén külastas 1990. aastate alguses Nõukogude Liidu lagunemisega iseseisvunud Balti riike Lätit, Leedut ja Eestit, mõistis ta, et paljud nende uurimisinstituudid, mis olid Moskva poolt rahastamisest ilma jäetud, nägid nüüd ellujäämise nimel vaeva, hoolimata oma erakordselt tugevast teaduslikust alusest. Ta kohtus professor dr. kem. habil. dr. Janis Gravitisega, kes oli Läti Riikliku Puidukeemia Instituudi (LSIWC) ökoloogiliselt efektiivse biomassi konversiooni labori juhataja. Dr. Gravitis oli omandanud doktorikraadi NSVL Teaduste Akadeemiast ja oli töötanud strateegilise uurimistööga peamiselt sõjaliste rakenduste jaoks. Nõukogude ajal oli tema uurimisrühm tundmatu ja kogu kirjavahetus tuli adresseerida Moskvas asuvale tehasele 127. See uurimisinstituut mängis Nõukogude kosmoseprogrammi arendamisel võtmerolli. Tänu erakordsele kuumakilbile, mis kunagi oli valmistatud puidust, naasevad Nõukogude ja Venemaa kosmoselaevad atmosfääri ja maanduvad merre kukkumise asemel.
Kui professor Hedén avastas, et LSIWC kavandas ja käitas oma versiooni auruplahvatusest, julgustas ta mind otse ühendust võtma. Kohtumine dr Gravitisega 1995. aastal Riias Lätis oli tõeliselt valgustav. See tagasihoidlik teadlane, keda ümbritses grupp väga intelligentseid akadeemikuid, mitte ainult ei valdanud puidukeemiat, vaid ka konstrueeris ja ehitas oma seadmeid. Olin harva sellist tarkust ruumis tundnud. Kuigi nende keel oli MBA-kraadiga majandusteadlase jaoks sageli liiga tehniline, võttis Valeri Ozols-Kalninsi, Bruno Andersoni, Janis Zandersonsi ja Arnis Kokorevicsi meeskond aega oma keeruliste ideede selgitamiseks ja täpsustamiseks. Ühest kohtumisest piisas, et veenda mind, et sellel meeskonnal on oskusteave 21. sajandi biomassi rafineerimistehase loomiseks, millest saab nullheitmete uurimisalgatuse (ZERI) nurgakivi, mis pidi pakkuma värsket vaatenurka ettevõtete konkurentsivõimele pärast Kyoto protokollina tuntud lepingu sõlmimist. Pärast konsulteerimist ÜRO Ülikooli prorektori Tarcisio Della Sentaga ja dr Motoyuki Suzuki, Tokyo Ülikooli tööstusteaduste instituudi direktori ja Jaapani valitsuse nullheitmete uurimisprogrammi ühe juhtiva teadlase toetuse saamist tegin julge otsuse kutsuda dr Gravitis oma perega Tokyosse elama ja töötama; ta võttis pakkumise vastu.
Dr. Colombo visioon: biokütused ja biokemikaalid
1995. aastal sai dr Umberto Colombo sellest edusammudest teada ja uuris lähemalt selle auruplahvatuse arengut. Meil olid regulaarsed vestlused edasiste sammude üle. Ta oli veendunud, et naftakeemiatehastest saavad peagi valged elevandid ja et edasiliikumiseks on vaja leida viis, kuidas muuta need investeeringud tootmisüksusteks, asendades nafta toorainena biomassiga. Ta tutvustas mind dr Catia Bastiolile, kes juhtis Montedisoni bioplasti uurimislabori ümberkujundamist iseseisvaks ettevõtteks nimega Novamont. Umberto Colombo oli väga lähedane Raul Gardini strateegilisele mõtlemisele – ekstravagantsele Itaalia ettevõtjale, kes uskus, et tulevik peitub strateegiliste tegevuste konsolideerimises, mitte pimesi keskendumises põhitegevusele spetsiifilise oskusteabega. Gardini visioon oli esmalt koondada kemikaalid ja energia ning seejärel ühendada toidutootmine (eriti suhkrutootmine) sellesse superklastrisse, et luua biokütustel ja biokemikaalidel põhinev konglomeraat, tugevdades põllumajandust, tootes rohkem tooteid ja suuremat väärtust. See oli sinise majanduse varajane versioon. Gardini loogika töötati välja piirkonna pikaajalist konkurentsivõimet silmas pidades ning see langes kokku loogikaga, mille Rooma Klubi liikmed olid teoreetiliselt välja töötanud 1970. aastate alguses. Pärast seda, kui Raul Gardini kaotas kontrolli oma tekkiva konglomeraadi üle, pööras uus juhtkond tema edusammud kiiresti tagasi ning dr Catia Bastioli julguse abil tagati, et bioplastilisel komponendil, mis sisaldas jäätmetest saadud polümeere, oleks tulevikku.
Taastuvatest allikatest saadud bioplastid
Bioplastide maailm polnud minu jaoks uus. Ecoveri presidendina olin arutanud võimalikke koostöövõimalusi ICI Chemicalsiga 1991. ja 1992. aastal. Briti kontsern oli John Harvey-Jonesi juhtimisel välja töötanud bakteriaalse plasti Biopol kaubamärgi all, kuid neil oli raskusi turulepääsu saamisega. Oli tähelepanuväärne, et see traditsiooniline keemiakontsern, mida juhtis president, kes polnud keemik, oli pannud aluse ühele Euroopa bioplastide alustaladest. Kuigi need Biopoli anumad olid kallimad kui traditsioonilised naftakeemiatoodete anumad, olin otsustanud neid oma biolagunevate pesuvahendite jaoks kasutada. Kahjuks ei olnud need plastid meie vedelseebide jaoks piisavalt stabiilsed ega vastanud kvaliteedistandarditele, mis ajendas mind oma uurimistööd jätkama. Ma ei teadnud veel, et niipea, kui loobun pesuvahendite grupi juhtimisest, pannakse see projekt kõrvale. Sellest hoolimata oli tuline arutelu toidust valmistatud bioplastide üle alanud juba 1992. aastal ja võimalus leida pakendeid, mis pärinesid suhkruga nuumatud bakteritest, tundus suurepärase alternatiivina.
Biorafineerimistehased: tulu ja konkurentsivõimeliste toodete loomine
Kohtusin lõpuks pikema kohtumiste seeria raames dr Catia Bastioliga 1999. aastal ENI sponsoreeritud rahvusvahelisel kongressil teemal "Nullheitmete poole: süsivesinike väljakutse", kus ta esitles oma visiooni Novamontist. Dr Gravitis osales ka ettekandes provokatiivse pealkirjaga "Lisaväärtusega toodete tootmise viis ja põllumajandusliku nullheitmete baas". EBARA presidendi Hiroyuki Fujimura Jaapani panus sillutas teed tähelepanuväärsele raamistikule, kus Itaalia suuruselt kaheksas naftakompanii (ENI) ja suurim naftakeemiakontsern (Versalis) algatasid oma praeguse esimehe Umberto Colombo juhtimisel arutelu uue energia- ja kemikaaliparadigma loomiseks. Tähelepanu keskmes oli see, kuidas liikuda keemiatööstuse maailma poole, kus biorafineerimistehased pakuvad põllumajandustootjatele lisatulu, tootes samal ajal tooteid, mis konkureerivad jõudluse ja hinna poolest traditsiooniliste naftakeemiatoodetega. Kuigi kohtumine ise jäi ainulaadseks sündmuseks, mida pole ühegi suure naftakompanii egiidi all sellises mastaabis kunagi korratud, tekitas see akadeemikute, poliitikakujundajate ja ettevõtete seas laiemat huvi teema vastu.
Aastate jooksul ehitas dr Gravitis Tokyos üles tugeva tuumikgrupi, keda toetas Masako Unoura, kes oli aastaid minu isiklik assistent Jaapanis. Mitsubishi Heavy Industries võttis juhtimise üle meeskonna juhendamisel, mille olin kokku pannud UNU Täiendõppe Instituudis. Uuriti ja artikliteks koondati paljusid teemasid, millel kõigil oli ühine joon: biorafineerimistehased. Põllumajandustoodete ümberkujundamine kujunes mitme tuluallika allikaks, mis on nullheite ja sinise majanduse põhielement. Käsitletud teemad ulatusid mittepuiduliste metsasaaduste eraldamisest ja troopikas asuvate istanduste (eriti õlipalmi) keskkonnajuhtimisest kuni lisatulu genereerimiseni, ristseotud polümeeride tootmiseni biomassist, glükoosi ja vees lahustuvate polüsahhariidide tootmiseni tselluloosist ning suhkruroo bagassi kasutamiseni puiduallikana söe tootmiseks. Uuringu tulemuseks olid uued biomassi töötlemise tehnikad kemikaalide, biokütuste ja komposiitmaterjalide tootmiseks. Üks esimesi kaubanduslikke tooteid oli isekleepuv puitkiudplaat.
Seda uut tüüpi puitkiudplaati kasutati ZERI paviljoni katusena 2000. aasta Hannoveris toimunud maailmanäitusel. Selle tarnis Taiheiyo Cement tänu Masatsugu Taniguchi, vanem asepresidendi ja juhatuse liikme, ning tema kolleegi, innovatsioonijuhi Noriaki Hayama juhtimisele. Taiheiyo Cement oli pühendunud süsinikneutraalse plaadi väljatöötamisele. Pärast asbesti ülemaailmset keelustamist olid keskkonnasõbralike kiudude otsingud laialt levinud, kuni meie töö biorafineerimistehastes ja bambuses äratas Jaapani uurimisrühma tähelepanu, kes läks Indoneesiasse istutama 2000 hektarit bambust. See roheline bambus koristati ja jahvatati pidevalt, lõigati väikesteks, kuni 2,5 millimeetri pikkusteks kiududeks, mis käivitas autohüdrolüüsi, ja seejärel pressiti paneelideks, mis sisaldasid 50% tsementi ja 50% bambust (75 massiprotsenti tsementi ja ainult 25% bambust). Taiheiyo on selle paneeli ehitustööstuses kasutuselevõtuga saavutanud suurt edu. Selle toorvormil on iseloomulik pastelne roheline toon, see on süsinikneutraalne ja neelab müra – omadus, mida hindavad kõrgelt Jaapani kiirraudteejaamad (Shinkansen), mis kõik on selle paneeli uue standardina kasutusele võtnud. Selle algatuse edu, mis põhines bambuse (ja teiste puiduliikide) isehüdrolüüsi paremal mõistmisel, ajendas Taiheiyo Cementi tegevjuhti annetama Expo ZERI paviljoni katuse, tunnustades meie panust sellesse uude tegevusse. Biorafineerimistehase kontseptsiooniga seotud uuringute kiire levik ja mitmete kaubanduslike toodete saabumine tugevdasid programmi akadeemilise huvi mitmekesisuse kaudu. Kuigi UNU ja Tööstusteaduste Instituut algatasid rahvusvahelise ettevõtmise Läti ja Rootsi toel, äratas programm Jaapani teadusnõukogu, mida tol ajal juhtis professor Jiro Kondo, Ameerika Keemiaseltsi, Jaapani Puiduuuringute Seltsi, Rahvusvahelise Ligniini Instituudi ja Rahvusvahelise Jätkusuutlike Materjalide Uurimiskeskuse tähelepanu. 2004. aastaks oli uuring jõudnud punkti, kus Euroopa Liit kinnitas oma strateegilist huvi selle teema vastu ja käivitas rahastamisprogrammid. Kuigi uuringut võib selgelt edukaks pidada, nägin ma vaeva ja hakkasin kannatust kaotama tõsiasjaga, et liigse bürokraatia ja rahastamisraskuste tõttu Põhja-Carolina tehast kunagi ei taaskäivitatud ning Mitsubishi Heavy Industry toodetud vähesed 500 000 dollari suurused masinad vaevalt kinnitasid meie soovitud tööstusliku ulatuse saabumist. 2005. aastaks olin jõudnud järeldusele, et püüan olla laine ja et on aeg sammu tagasi astuda ning proovida olla surfar.
Metsad ja liikuvus
Peter Senge (raamatu „Viies dimensioon“ autor) ja minu vahelise intellektuaalse ja strateegilise dialoogi käigus, mille korraldas SOL-i (System Organization Learning) direktor Göran Carstedt, oli mul võimalus kohtuda ettevõtjatega, kes seisid esimese puidukeemia biorafineerimistehase taga, mida ma kunagi töös nägin. Önsköldsvikis (Põhja-Rootsis) asuv tehas käsitles puitu kui mitmetahulist biokeemiliste ainete ja kütuste, sealhulgas etanooli allikat. Görani vend Per Carstedt, kes omas Fordi esindust, oli teinud julge otsuse osta Ameerika Ühendriikidest 1000 Fordi etanooliga töötavat autot ja müüa neid Põhja-Rootsis Umeå piirkonnas, luues seeläbi nõudluse biokütuse järele. See otsus vallandas nõudluse ja viis tselluloositehase ümberehitamiseni biorafineerimistehase esimeseks etapiks, ühendades tselluloosi tootmise etanooli tootmisega. Tema strateegia toimis ja tehas töötas, garanteerides kohaliku etanooli ostmise iga 1000 sõiduki kohta. Automüügist ja seejärel kütusemüügist saadud integreeritud rahavoog lõi tingimused, mis näitasid kohaliku majanduse tugevdamise elujõulisust. Autotootja SAAB tundis kiiresti ära puhtama kütuse nõudluse ja tõi turule esimese 100% etanoolil töötava auto. Veoautotootja SKANDIA järgnes eeskujule, kavandades ja kokku pannes etanoolil töötavaid veoautosid. Tavalise kodaniku algatuse jõudu maailma äärealadel (Põhja-Rootsi pole just taastuvenergia keskus) ei tohiks kunagi alahinnata.
See nõudlusest tulenev turumuutus ajendas kohalikke ettevõtjaid initsiatiivi haarama ja looma esimese biorafineerimistehase. Selle viis ellu SEKAB AB oma Domsjö tehases. Varem tootis ettevõte traditsioonilist tselluloosi paberitoodete jaoks, seejärel otsustas täiendavate tuluallikatena toota ligniini ja etanooli. SEKABi kuiva ligniini tootmisvõimsus suurenes 2012. aastal 120 000 tonnini. See kujutab endast suurt nihet sajanditevanustest keemilise töötlemise tavadest, mis käsitlesid ligniini jäätmena, parimal juhul kasutades seda kütusena (musta leelisena). Nendest biokeemilistest derivaatidest saadud kõrvalsaaduste hulka kuuluvad klaasipesuvedelik, äädikas, veepõhised värvid, ravimite koostisosad, parfüümid, puhastusvahendid, lakid ja tindid. Kütus on diislikütuse kvaliteediga etanool, mis sisaldab 95% puhast etanooli. Uurimisvõrgustik on laienenud, hõlmates nüüd Science Partners Technical Research Institute'i, mida juhib tegevjuht Maria Khorsand, ja Processum Biorefinery Initiative AB-d, mille esimees on Peter Blomqvist ning aktsionärid Clas Engström ja John Rune. Processum Biorefinery Initiative AB arendab täiendavaid tooteid ja protsesse 21 ettevõttele, mis asuvad Rootsi põhjapoolse Läänemere rannikul, andes tööd 1300 teadlasele ja eksperdile. Sellest keskusest on kiiresti saamas ainulaadne ekspertiisikeskus. Algatusega on liitunud ja uuringud institutsionaliseerinud ka Chalmersi ja Lundi ülikoolid.
Fotobiorafineerimistehas: päikeseenergia rakendamine
Atlandi ookeani teisel kaldal on vaikselt edenenud fotobiorafineerimistehase kontseptsioon – päikeseenergial töötav rafineerimistehas. Selle idee autoriteks on professor
Lucio Brusch, ZERI Brasil Foundationi asutaja, ning tema sõber ja kolleeg, professor Jorge Alberto Vieira Costa Rio Grande ülikooli keemia- ja toitumisteaduskonnast, mis asub Rio Grande linnas. Nende nägemus fotobiorafineerimistehasest sai alguse püüdlusest muuta riisipõllud riisi, kala ja spirulina tootmisüksuseks. Eesmärk oli toota rohkem olemasolevate rajatistega, mitte ammutada rohkem olemasolevatest toorainetest. Nagu me antud juhul oleme õppinud, saab põhimõtet "teha rohkem sellega, mis sul on" rakendada erinevates kontekstides. Lõuna-Brasiilias, mida sageli kirjeldatakse kui riigi jõukat piirkonda, on vaesuse piirkondi. Maailmapanga ja IMFi kehtestatud väetisetoetuste kaotamine vallandas 1990. aastate alguses riisikasvatajatele suure kriisi. Pärast riisikõrtelt seente kasvatamise alustamist püüdsime seejärel mikrovetikatega rohkem sissetulekut teenida. Oli selge, et see maailmajagu oma rikkaliku mikrovetikate bioloogilise mitmekesisusega võiks ja peaks riisipõllud bioreaktoriteks muutma.
Mikrovetikate tootmine oli tohutu edu. Biomassi kahekordistumine iga 24 tunni järel julgustas teadlasi, kes olid biorafineerimistehaste põhimõtetega kokku puutunud Janis Gravitise ja Carl-Göran Hedéni Brasiilia visiitide ajal, neid mikrovetikatele rakendama. Sel ajal keskendus peaaegu kogu mikrovetikate uuring biokütuse tootmisele. Kuna lipiidid ja õlid olid vaid väike osa, asus uurimisrühm välja selgitama kõik muud vetikate kasutusvõimalused. CNPq (Brasiilia riiklik teadus- ja tehnoloogiaarenduse teadusnõukogu) nõustus uuringut rahastama ja tulemused olid tähelepanuväärsed. Kui mikrovetikaid toodetakse ainult biokütuse tootmiseks, ei ole nad konkurentsivõimelised. Kui aga keskendutakse polümeeride, õlide ja lipiidide toitainete ja biokemikaalide tootmisele, on fotobiorafineerimistehas väga kasumlik. Brasiilias Porto Alegre lähedal asuv Seivali soojuselektrijaam osutus selle programmi ideaalseks partneriks. See käitab üht Brasiilia vähestest süsinikneutraalsetest elektrijaamadest ning spirulina kasvatamisest riisipõldudel saadud teadmisi on rakendatud tööstuslikus mastaabis. Brasiilia fotobiorafineerimistehase kontseptsioonist on saanud märkimisväärne oskusteabe reservuaar, mida peetakse maailma viie parima hulka ning millel on ligi 50 magistri- ja doktorikraadiga lõpetajat.
Itaalia võtab biorafineerimistehaste valdkonnas juhtpositsiooni
Itaalias on saavutatud viimane läbimurre biorafineerimistehaste projekteerimisel ja rakendamisel. Aluse pani kolmkümmend aastat tagasi Raul Gardini strateegilise tööstusvisiooni, professor Umberto Colombo pühendumuse, kellest sai pärast teedrajavat tööd ENEAs teadus- ja kõrgharidusminister, ning Catia Bastioli elluviimise eestvedamise abil. See, mis algas bioplasti tootes uurimislaborina kaubamärgi "Mater-Bi" all, on kakskümmend aastat hiljem saanud teedrajavaks ettevõtteks, mis edendab kohalikku majandusarengut, töödeldes põllumajanduslikke kõrvalsaadusi, ekstraheerides polümeere, elastomeere, herbitsiide ja määrdeaineid ning moodustades ehitusplokke kümnetele aselaiinhapetel, pelargoonhapetel ja estritel põhinevatele toodetele. Tulemuseks on uus ehitusplokkide portfell uue põlvkonna (bio)keemiliste toodete jaoks. Jäätmeid saab töödelda loomasöödaks ja ohakaõite looduslikud ensüümid on juustu tootmiseks hädavajalikud.
Kasutusest kõrvaldatud tehaste taaskasutamine
Kuigi biorafineerimistehase kontseptsioon siseneb tänapäeva ajastusse, mis põhineb säästva tootmis- ja tarbimissüsteemi visioonil, on oluline rõhutada, et võime rakendada biomassi muutmist mitmeks tuluallikaks on vaid üks osa läbimurdest. Novamont'i teine edasamm on olemasolevate investeeringute taaskasutamine naftakeemiataristusse. Catia Bastioli ja tema meeskonna oluline panus ei seisne mitte ainult biokeemia ja protsessiinnovatsioonide kavandamises, vaid ka olemasolevatele rajatistele uute kasutusviiside leidmises, mida tööstuse žargoonis nimetatakse "luhtunud kapitaliks". Naftakeemiatehase taristu ja töötervishoiu ja tööohutuse kultuur, mida tuntakse kui "vastutustundlikku hoolitsust", kujutavad endast märkimisväärset kapitaliinvesteeringut, mida ei tohiks amortiseerida Lähis-Idas ja Hiinas liigse tootmisvõimsuse tõttu tehtud üleinvesteeringute tõttu. Lisaks on katalüsaatorite või ehitusmaterjalide (näiteks asbesti) tahtmatu kasutamise tahtmatute tagajärgede tõttu tekkivate parandusmeetmete maksumus suur osa lõpptulemusest. Kui keemiatehas või mõni muu kolm või neli aastakümmet tagasi ehitatud tootmisüksus tuleb sulgeda, peavad omanikud eraldama eraldise sulgemis- ja paranduskulude katteks. Arve võib kergesti ulatuda sadadesse miljonitesse või isegi miljarditesse dollaritesse. Küsimus on nüüd selles, mis genereerib kõige rohkem tulu ja kasvatab majandust: puhastamine või reinvesteerimine, et anda alale uus elu, et sellest saaks uuendusliku ärimudeli abil püsiv äriettevõte veel mõneks aastakümneks. Sinise majanduse lähenemisviisi eesmärk on muuta tegevus jätkusuutlikuks ja tagada, et kasutame kohalikku ressurssi, sealhulgas kaotatud kapitaliinvesteeringuid ja keskkonnakaitsekulude ümberjaotamist.
Novamont ei ole kunagi ehitanud rajatist nullist; see on alati võtnud olemasoleva tegevuse ja muutnud selle tootmisüksuseks, andes sellele uue elu uue rahavoo kaudu. Novara peakorter ja uurimisrajatised on endised Montedisoni uurimisüksused; pankrotistunud Ajinomoto tehased Bottrighes Itaalias muudeti moodsateks kääritusüksusteks; samuti muudeti endine Mossi & Ghisolfi PET-pudelitehas Patricias Itaalias; ja nimekiri jätkub. Suurim ja ulatuslikum tehase ümberehitus viidi ellu 2014. aastal, kui Novamont'i teadus- ja insenerimeeskond muutis edukalt Itaalia esimese naftakeemiatööstuse krakkimisjaama, mis asus Porto Torreses Sardiinias, maailma suurimaks biorafineerimistehaseks nimega Matrica. See on ENI/Versalise ja Novamont'i 50/50 ühisettevõte. See tootmistehas seadis uue standardi, muutes 2,5 miljonit tonni toornaftat 700 000 tonniks kemikaalideks rajatises, mis töötleb umbrohtu.
Iga biorafineerimistehase edu sõltub taastuva tooraine kättesaadavusest. Hinnanguliselt on Sardiinias aastate jooksul tootmisest kõrvaldatud 70 000 hektarit põllumaad, kuna Euroopa Liit on püüdnud vähendada kallite kaupade pakkumist, mida ta oli lubanud osta fikseeritud hinnaga. Põhjendus oli see, et odavam on maksta põllumeestele maa harimata jätmise eest kui kaupu ise osta. Umbrohi aga vallutab ja domineerib, kui maad aastaid harimata ja külvamata jäetakse. Sardiinias ja tegelikult kogu Vahemere piirkonnas on kõige levinum umbrohi tuntud kui ohakas ehk hispaania artišokk (Silybum marianum). Kuigi võimalus kasutada pealinna maad biokeemiaks oli selge, andsid just hispaania artišokeemia alased teadmised sellele uusimale biorafineerimistehasele uue põhjenduse.
Kujutage ette esmalt mahajäetud naftakeemiatehast, seejärel hispaania artišokeemia tehast, mis tarnib nelja kemikaali (polümeerid, elastomeerid, määrdeained ja herbitsiidid), mille jäätmeid kasutatakse loomasöödas. Kohalikud põllumehed sõltuvad toidu saamiseks Brasiiliast imporditud sojaubadest, nagu see on kogu maailmas tavaks. Tänapäeval kasutatakse tehase jäätmeid pärast nelja peamise kemikaali ehitusplokkide tootmist loomasöödana. Kõigi üllatuseks mõtles kohalik elanikkond, kas meil on hispaania artišokkide õite "tolmu", mis osutus traditsioonilise kitsejuustu valmistamiseks vajalikeks bakteriaalseteks ensüümideks. Naftakeemiatehase ümberehitamisel ei tundu juustutootmine loomulikult majandusarengu võimalusena. Kui aga rakendame sinise majanduse loogikat, alustame protsessi, mis aja jooksul areneb ja pakub võimalusi, mida keegi poleks osanud ette kujutada. Siin kohtuvad teadus ja äri: ühel on füüsikaseaduste kindlus ja keemia prognoositavus, teisel aga ajend ideed ellu viia.
Kapital järgneb innovatsioonile
Praeguseks on investeeringuid vedanud Rootsi programmid, mille raames on eraldatud üle 250 miljoni euro, ja Itaalia programmid, mis on eraldanud üle 500 miljoni euro kapitali seitsmele rajatisele üle kogu riigi ning vähemalt 200 miljonit eurot teadus- ja arendustegevuseks. Brasiilia uuringud on aastate jooksul mobiliseerinud ligikaudu 15 miljonit eurot, peaaegu täielikult valitsuse vahenditest. Mitsubishi Heavy Industries ja Tööstusuuringute Instituut on samuti eraldanud üle 20 miljoni euro laboriseadmete käimasolevaks tootmiseks. Kui lisada Tigney ja Stake Technologies investeeringud, peame lisama veel 120 miljonit eurot. Kuigi need täiendavad kapitalikulutused on märkimisväärsed, teevad neid organisatsioonid ja ettevõtted, kellega meil varem suhteid polnud; samuti ei arvesta me ENEA uurimisrajatisi, mis moodustavad seadmete ja baasuuringute jaoks üle 100 miljoni euro.
Töökohtade loomise tegur on samuti oluline. Biorafineerimistehased loovad rohkem töökohti kui tüüpiline tselluloosi- ja paberivabrik või tavaline naftakeemiatehas. See aitab kaasa kohalikule majanduskasvule. Kuigi otsene tööhõive on endiselt piiratud ja algatusrühmad on loonud ligikaudu 45 000 töökohta, ületab kaudsete töökohtade arv 100 000, peamiselt tänu põllumajandusele ja metsandusele antud täiendavale stiimulile. Porto Torrese arvud on väga informatiivsed. ENI vajas 700 000 kemikaali tootmiseks 2,5 miljonit tonni toornaftat ja selle tootmisrajatised ei olnud konkurentsivõimelised. Oma tippajal võib Matrica toota vaid poole sellest kogusest, kuid see on globaalselt konkurentsivõimeline ja loob võrreldava arvu otseseid töökohti, stimuleerides samal ajal ka kohalikku põllumajandust, selle asemel et rahastada valitsusi kogu Vahemere piirkonnas.
Rootsi, Itaalia, Brasiilia ja Kanada ei pruugi olla maailma domineerivaimad majandused, kuid nende teadusvõimekus on tugev ja patendiportfellid nendes valdkondades ulatuvad tuhandetesse. On selge, et biorafineerimine on läbinud pika tee pärast seda, kui professor Hedén rääkis Rootsi parlamendi liikmetele biotehnoloogia ja mikrobioloogia imedest. Tema sõnum ei olnud geneetilise muundamise toetamine, vaid pigem üleskutse luua taastuvatest ressurssidest suuremat väärtust kui strateegiat Rootsi konkurentsivõime säilitamiseks. Tegelikult propageeris ta sinist majandust juba ammu enne selle kontseptsiooni tekkimist. Seetõttu pole üllatav, et kui UNU rektor Heitor Gurgulino de Souza kutsus ta juhtima meeskonda, kelle ülesandeks oli läbi viia UNU "nullheite" algatuse teostatavusuuring, järeldas ta: "Gunter Pauli pakutud "nullheite" variant ei ole mitte ainult tehniliselt, teaduslikult ja majanduslikult teostatav, vaid ka vajalik, kui tahame saavutada oma eesmärki – jätkusuutlikke ühiskondi."
Gunteri muinasjuttude tõlge
Seenekaubandus inspireeris mind algusest peale kirjutama kahte muinasjuttu: muinasjutt nr 41 „Puust tulev kütus“, mis on pühendatud Paolo Lugarile. Tema inspireeris selle keskuse loomist 1987. aastal läbi minu arutelude Colombia taastatud vihmametsa kasutavate biorafineerimistehaste üle. Muinasjutt nr 5 „Miks nad mind ei armasta?“ on osaliselt inspireeritud Indoneesias Taiheiyo Cementi toodetud bambuskiudplaadist.
Lisateabe saamiseks
www.iea-bioenergy.task42-biorefineries.com/upload_mm/5/6/5/77945a06-c177-4f33-bca2-ce95b84383b0_ENEA_pretreatment_labs_01.pdf
link.springer.com/article/10.1385/ABAB:98-100:1-9:89#leht-1
www.sp.se/en/press/news/Sidor/20130530.aspx
www.referenceforbusiness.com/history2/90/SunOpta-Inc.html
www.novamont.com/
arhiiv.unu.edu/unupress/unupbooks/80362e/80362E00.htm
http://tal.tv/es/video/los-hongos-de-francenid-perdomo/
