Sažetak:
Današnja društva uvelike ovise o nafti, a prijelaz na obnovljive i održivije sastojke predstavlja značajan izazov. Biorafinerije su ključne za postizanje ove promjene korištenjem biomase, koja ne konkurira hrani kao sirovini, te stvaranjem portfelja konkurentnih proizvoda. Metode poput parne eksplozije omogućuju industriji izdvajanje i odvajanje biomase u vrijedne sirovine bez upotrebe katalizatora, pružajući konkretan primjer nulte emisije i otpada pretvorenog u vrijednost uz nisku cijenu. Istraživanja su pokazala da tvari poput biljke duhana nude daleko više od pukog prihoda od smrtonosne navike pušenja. Sve više otkrivamo potencijal poljoprivrednih i šumarskih proizvoda za stvaranje korisnih biokemijskih tvari, stočne hrane i enzima. Kako se počinjemo kretati prema novoj vrsti održivosti poznatoj kao "plavo gospodarstvo", ne smijemo zaboraviti prenamijeniti napuštene tvornice i kontaminirana mjesta - nasukanu imovinu - kako bismo potaknuli lokalno i konkurentno gospodarstvo i pozitivno utjecali na okoliš.
Ključne riječi: biorafinerije, nafta, obnovljivi i održivi sastojci, poljoprivredni otpad, petrokemikalije, parna eksplozija, otpad, biokemijske tvari, stočna hrana, lokalni gospodarski razvoj, neiskorištena imovina, stvaranje radnih mjesta.
Skromni počeci: Dr. Aurelio Peccei
Godine 1986., dr. Umberto Colombo, predsjednik ENEA-e (Talijanskog instituta za istraživanje alternativnih energija) i potpredsjednik Rimskog kluba, pristao je napisati predgovor mojoj knjizi "Aurelio Peccei: Križar budućnosti, portret osnivača Rimskog kluba". Od tog trenutka nadalje, pružao mi je snažnu podršku u mom radu. Aurelio Peccei bio je izvanredan vođa koji je vodio velike industrijske tvrtke poput FIAT-a i Olivettija, i s kojim sam imao čast raditi četiri godine (1980.-1984.). Upoznao sam dr. Pecceija kada sam upravo izabran za studentskog vođu u Belgiji (AIESEC). Uvijek me poticao da ostanem neovisan i nikada ne prihvatim posao u multinacionalnoj korporaciji ili velikoj konzultantskoj tvrtki. Tvrdio je da svijetu trebaju ljudi s kreativnim umom, apetitom za proračunatim rizicima i jasnoćom o putu naprijed unatoč protivljenju stručnjaka. To je uloga koju me poticao da igram u društvu. Nakon smrti Aurelija Pecceija 1984. godine, čelnici Rimskog kluba nisu pozdravili moju prisutnost na svojim sastancima, za razliku od dr. Pecceija, koji me ne samo potaknuo da im se pridružim, već me i stavio u nevolju da podijelim svoja stajališta. Pridružio sam se Klubu u isto vrijeme kad i dr. Juan Rada, direktor Međunarodnog instituta za menadžment (IMI) u Ženevi i kasnije viši potpredsjednik Oracle Corporation. Iako smo bili marginalizirani u think tanku koji je imao za cilj proučavati dugoročne učinke društvenih i ekonomskih zbivanja na globalnoj razini, imali smo koristi od visokorazinskog procesa razmišljanja koji je provela predana skupina vodećih mislilaca željnih da vide pojavu nove generacije disruptora. Umberto Colombo, Hugo Thiemann (ravnatelj Memorijalnog instituta Battelle), Bohdan Hawrylyshyn (ravnatelj Centra za industrijske studije CEI u Ženevi), Maurice Guernier (financijski inspektor francuske vlade), Orio Giarini (ravnatelj švicarskog istraživačkog instituta za osiguranje) i Carl-Göran Hedén (ravnatelj Karolinska instituta u Stockholmu) s veseljem su postali povremeni mentori nakon smrti dr. Pecceija.
Razvoj biorafinerija bio je jedna od glavnih tema koje su zaokupljale ovu malu skupinu naprednih pojedinaca. Njihovi su argumenti istaknuli teškoću prijelaza iz društva koje je uvelike ovisno o nafti u društvo temeljeno na obnovljivim i održivim resursima. Surova je stvarnost da se nafta krekira, a zatim sintetizira u tisuće molekula koje je stvorio čovjek, dok se poljoprivredni i šumski resursi sade u monokulturama za jedan proizvod, a sve ostalo se baca. Ovi su stručnjaci zanemarili prevladavajuću logiku da se poljoprivredni otpad treba koristiti za obnavljanje tla, budući da biljke ne pružaju najučinkovitiju prehranu tlu; Ostatke moraju prerađivati životinje, gljivice i bakterije, a njihov otpad predstavlja idealnu hranjivu tvar za tlo. Upravo je otpad postao središnji dio kaskade materije-hrane-energije koja karakterizira načela "nulte emisije". Živahna rasprava i ključni prijedlozi usredotočili su se na transformaciju svih obnovljivih sirovina biomase koristeći istu logiku kao i petrokemijske rafinerije kako bi se dobili deseci funkcionalnih kemikalija, hrane i stočne hrane. Dr. Colombo proveo je opsežan istraživački program u ENEA-i, uloživši preko 100 milijuna eura tijekom godina, a Maurice Guernier pozicionirao ga je kao revoluciju koja će osigurati razvoj Afrike utječući na afričke šefove država. Profesor Hedén, koji je na ovoj temi radio na praktičan način, stvorio je veze diljem svijeta. Potaknuo me je da slijedim ovaj pionirski model gospodarskog razvoja čim sam preuzeo ulogu višeg savjetnika rektora UNU-a 1994. godine.
Duhanska industrija: Više od obične cigarete
Profesor Hedén je liječnik koji je razvio živo zanimanje za biologiju i dugi niz godina vodio taj odjel u Karolinska institutu, poznatom medicinskom istraživačkom institutu i bolnici u Stockholmu u Švedskoj. Kada je duhanska industrija 1970-ih došla pod sve veću pozornost šire javnosti, a posebno skandinavskih kreatora politike, Švedska nacionalna duhanska tvrtka odlučila je pokrenuti istraživački program za proučavanje sastava biljke duhana. Osmislila je sveobuhvatni objekt koji bi omogućio odvajanje biomase i ekstrakciju oko 2000 različitih molekula iz biljke. Pregledi literature pokazali su da biljka duhana sadrži mnoštvo komponenti, osim nikotina, koje predstavljaju vrijednost daleko veću od prihoda koji bi se mogao ostvariti proizvodnjom jedne cigarete. Ovo istraživanje, koje je pomno pratio profesor Hedén, potaknulo je raspravu među inženjerima o tome kako projektirati rafineriju duhana i koje sastojke treba prvo ekstrahirati.
Istraživački program nastavio se nekoliko godina sve dok pritisak švedske vlade nije dosegao novi vrhunac 1980-ih, što je dovelo do daljnjeg smanjenja potrošnje na istraživanje duhana. Švedska duhanska tvrtka osjetila je da je na rubu fundamentalnog ponovnog otkrića, što ju je potaknulo da ubrza potragu za novim poslovnim modelom diverzifikacijom u potencijal biljke umjesto prodaje toksičnosti duhana. Prelazak u Sjevernu Karolinu (SAD) donio je veću otvorenost i fleksibilnost u pogledu troškova te je omogućio istraživačima duhana da otkriju niz tehnologija obrade koje nisu bile istražene u Švedskoj. Središnji dio tehnike odvajanja i izolacije bio je proces poznat kao eksplozija pare. Saznao sam za eksploziju pare početkom 1994., neposredno nakon što sam započeo ZERI-jeve operacije u Japanu, i bio sam zapanjen kada sam otkrio da sam, kao aktivni zagovornik borbe protiv pušenja, morao priznati da nekoliko ljudi u industriji cigareta osmišljava vrlo održive industrijske procese iz kojih bismo mogli mnogo naučiti. Razlog za osnivanje istraživačkog centra u Sjevernoj Karolini (SAD) bio je inspiriran činjenicom da se 80% ostataka usjeva u toj državi nalazi u obalnom području, što prijevoz čini jeftinim i jednostavnim. Ukupna količina kukuruznih stabljika i pšenične slame mogla bi se koristiti za proizvodnju 200 milijuna litara etanola godišnje. S obzirom na to da je dostava ograničena na samo 40 kilometara oko proizvodnog pogona, obalna regija Sjeverne Karoline mogla bi tada uspostaviti četiri pogona za proizvodnju etanola zahvaljujući dostupnosti biomase u tom području. Ova decentralizirana baza modela proizvodnje određivala je veličinu poslovanja i energetsku bilancu proizvodnje.
Učinak eksplozije pare
Pjeskarenje parom je tehnika odvajanja i ekstrakcije biljnog materijala koja praktički ne zahtijeva kemikalije ili katalizatore. Koristi zasićenu paru (180–230 °C) pod visokim tlakom (15–30 kg/cm²) za izlaganje usitnjene biomase. Ovi fizički uvjeti prekidaju kemijske veze između lignina, celuloze i hemiceluloze, tri glavne komponente biljke. Kada se ova biomasa propušta kroz usku mlaznicu, materijal gubi svoju fizičku strukturu, čineći ga topljivijim u vodi. Bila je to jedna od prvih industrijskih inovacija koja je pokazala da fizika treba prethoditi kemiji. Pjeskarenje parom ima potencijal zamijeniti kemijsko pulpiranje i crnu lužinu (otpad), a istovremeno generirati bogat portfelj novih izvora prihoda. Dobiveni proizvodi uključuju lignin, koji se može koristiti za proizvodnju ugljičnih vlakana, vanilina i asfalta. Hemiceluloza je polimer sastavljen od šećera s pet ili šest ugljičnih atoma koji se može koristiti za proizvodnju prirodnih sladila poput ksilitola ili prirodnih otapala. Celuloza je polimer glukoze koji se koristi za izradu papira i tekstila ili za proizvodnju alkohola. Dok sam tražio konkretne primjere nulte emisije i nultog otpada koje bih predstavio na sastanku na kojem će se 1997. odlučivati o Kyotskom protokolu, ova pilot rafinerija biomase, financirana od strane SAD-a vrijedna 7 milijuna dolara, pružila je uvjerljivu demonstraciju da je proces ne samo tehnički održiv, već i financijski stabilan. Pritisak na proizvođače duhana se pojačao, a obustava istraživanja koju je nametnula vlada 1990-ih dovela je do zastoja ovog istraživačkog programa. Srećom, profesor Hedén uspio je održati kontakt s ugašenim istraživačkim timom putem Zaklade Biofocus i osigurao obvezu da se objekt može koristiti za istraživanja koja nisu vezana uz duhan. Zaklada Biofocus, na čelu s Tommyjem Jonssonom, okupila je skupinu pionirskih mislilaca, uključujući Waltera Truetta Andersona, predsjednika Svjetske akademije umjetnosti i znanosti, Gunnela Dalhammara s Kraljevskog tehničkog sveučilišta u Stockholmu (KTH) i Sama Nilssona iz Zaklade Nobel. Ovaj napor podržao je MIRCEN (Centar za mikrobiološke resurse UNESCO-a), kasnije pod vodstvom Jackyja Fooa, koji je bio dio tima od samog početka na UNU u Tokiju. Tim europskih stručnjaka posjetio je pogone u Sjedinjenim Državama 1995. godine. Pridružio sam se grupi, u pratnji Davida Crocketta, gradskog vijećnika Chattanooge u Tennesseeju, koji je želio dovesti objekt u svoj grad kao dio svojih napora za reindustrijalizaciju regije. Chattanooga je imala za cilj postati prvi održivi američki grad, te sam na temelju desetak posjeta između 1993. i 1995. godine pomogao u dizajniranju novog modela industrijskog razvoja koji je uključivao prijevoz električnim autobusima, prvi takve vrste u Sjedinjenim Državama i koji se još uvijek smatra pionirskim sustavom. Drugi Svjetski kongres o nultim emisijama Sveučilišta New Orleans (UNU) održan je u Chattanoogi 1996. godine, a prisustvovala mu je američka ministrica energetike Hazel R. O'Leary. Glavno predavanje održali su Edgar Woolard, izvršni direktor tvrtke DuPont; Craven Crowell, predsjednik Uprave doline Tennessee; i nekoliko obećavajućih političara koji su sada vrlo utjecajni senatori, poput američkih senatora Billa Frista i Freda Thompsona. Jedna od glavnih tema konferencije bile su "tehnologije odvajanja materijala" kao osnova za biorafinerije. Tema nije bila održivost; svjetski kongres istaknuo je inovacije koje bi mogle voditi poduzeća prema konkurentnosti i održivosti.
Tigneyjev proces i tehnologija pilota
Bio sam impresioniran jednostavnim dizajnom postrojenja u Sjevernoj Karolini i lakoćom kojom je ova oprema mogla odvojiti biljni materijal u frakcije. Bio je to dobar primjer nulte emisije i kaskadnog dijeljenja hranjivih tvari, energije i materijala uz nisku cijenu, a istovremeno generiranje vrhunske vrijednosti. Međutim, raspuštanje početnog istraživačkog tima zbog ograničenja duhana potaknulo je profesora Hedéna da putuje svijetom u potrazi za usporedivim inicijativama. Glavna znanstvena rasprava bila je može li biorafinerija biti šaržni ili kontinuirani proces. Jedna skupina inženjera zalagala se za šaržni proces, jer je omogućio bolju kontrolu temperature, tlaka i oporabe energije. Ovu skupinu, poznatu kao "Tigneyjev proces", izumio je Edward DeLong. Ovu tehnologiju usvojili su švedski znanstvenici koji su platili otprilike milijun dolara za pristup patentima. Drugi proces, poznat kao Stake Technology, bio je metoda kontinuiranog odvajanja i ekstrakcije.
Sjevernoamerički znanstvenici (i kanadski i američki) željeli su razviti portfelj procesa koji bi dodali vrijednost drvu izvan spaljivanja ili korištenja isključivo za etanol. Osnovna logika je bila utvrđena: odvojiti lignin od celuloze i hemiceluloze kako bi biomasa bila spremna za hidrolizu, a ostaci, uključujući pentozne šećere, mogli bi se koristiti u druge svrhe osim pukog fermentiranja etanola. U Sjevernoj Americi pojavilo se šest tehnoloških tvrtki koje su iskoristile priliku za proizvodnju kemikalija i goriva. Među njima su bile tvrtke poput Iogena (Ottowa www.iogen.ca), koja koristi eksploziju pare za obradu slame vlasničkim enzimima; Bionol Corp, kasnije preimenovan u BC International (Dedham, Massachusetts www.bcintlcorp.com), koja transformira kukuruzne stabljike, bagasse i drvnu sječku u biokemijske proizvode, ali se fokusira na etanol; Arkenol (Sacramento, Kalifornija), koji radi na koncentriranoj hidrolizi; Paszner ACOS (Vancouver, Kanada); kao i već spomenuti Stake Technology i Tigney. Stake Technology je jedina grupa koja je već 1990-ih shvatila da ključ ne leži samo u stvaranju biorafinerije i izvlačenju višestrukih tokova prihoda iz biomase. Poduzetnici koji su godinama ulagali u ovu tehnologiju tražili su načine za generiranje veće vrijednosti približavanjem potrošaču, što je dovelo do spajanja tvrtke Stake Technology Ltd. s tvrtkom Pro Organics, koja nudi najopsežniji asortiman certificiranih organskih proizvoda, organske hrane za rinfuzu i prirodnih proizvoda. U početku je spajanje odbijeno jer se nije uklapalo u poslovnu logiku i ključne kompetencije koje zagovaraju tradicionalni poslovni stratezi. Međutim, Jeremy Kendall, tadašnji predsjednik i izvršni direktor tvrtke SunOpta (naziv novospojene tvrtke), već je 2003. (www.sunopta.com) vidio priliku da ponudi integrirane poslovne modele, kombinirajući skup inovativnih proizvodnih procesa sa zdravim i konkurentnim potrošačkim proizvodima. Od tada, Steven Bromley vodi tvrtku, koja je uvrštena na NASDAQ, a čiji je ukupni globalni prihod premašio 1,2 milijarde dolara u 2013. godini.
Dr. Janis Gravitis: Izvanredna znanstvenica
Kada je profesor Hedén posjetio baltičke države Latviju, Litvu i Estoniju, koje su stekle neovisnost početkom 1990-ih raspadom Sovjetskog Saveza, shvatio je da se mnogi njihovi istraživački instituti, lišeni financiranja od strane Moskve, sada bore za opstanak, unatoč svojim iznimno snažnim znanstvenim temeljima. Upoznao je profesora dr. sc. kem. dr. sc. Habila Janisa Gravitisa, voditelja Laboratorija za ekološki učinkovitu pretvorbu biomase u Latvijskom državnom institutu za kemiju drva (LSIWC). Dr. Gravitis je doktorirao na Akademiji znanosti SSSR-a i radio je na strateškim istraživanjima prvenstveno za vojne primjene. Tijekom sovjetskog doba njegov istraživački tim bio je nepoznat, a sva korespondencija morala se upućivati Tvornici 127 u Moskvi. Ovaj istraživački institut odigrao je ključnu ulogu u razvoju sovjetskog svemirskog programa. Sovjetske i ruske svemirske letjelice ponovno ulaze u atmosferu i slijeću umjesto da se urone u more, zahvaljujući iznimnom toplinskom štitu koji je, u jednom trenutku, bio izrađen od drveta.
Kad je profesor Hedén otkrio da LSIWC projektira i upravlja vlastitom verzijom parne eksplozije, potaknuo me da uspostavim izravan kontakt. Sastanak s dr. Gravitisom 1995. u Rigi, Latvija, bio je zaista prosvjetljujući. Ovaj skromni znanstvenik, okružen skupinom vrlo inteligentnih akademika, ne samo da je savladao kemiju drva, već je i projektirao i izgradio vlastitu opremu. Rijetko sam osjetio takvu mudrost u prostoriji. Iako je njihov jezik često bio previše tehnički za ekonomista s MBA diplomom, tim Valeryja Ozols-Kalninsa, Bruna Andersonsa, Janisa Zandersonsa i Arnisa Kokorevicsa odvojio je vrijeme da objasni i razjasni svoje složene ideje. Jedan sastanak bio je dovoljan da me uvjeri da ovaj tim posjeduje znanje za stvaranje rafinerije biomase 21. stoljeća koja će postati temelj Inicijative za istraživanje nultih emisija (ZERI), koja je trebala ponuditi novu perspektivu o konkurentnosti poslovanja nakon sklapanja sporazuma poznatog kao Kyotski protokol. Nakon savjetovanja s Tarcisiom Della Sentom, prorektorom Sveučilišta Ujedinjenih naroda, i osiguravanja podrške dr. Motoyukija Suzukija, ravnatelja Instituta za industrijske znanosti Sveučilišta u Tokiju i jednog od vodećih znanstvenika u japanskom vladinom programu istraživanja nulte emisije, donio sam hrabru odluku da pozovem dr. Gravitisa da živi i radi sa svojom obitelji u Tokiju; on je prihvatio ponudu.
Vizija dr. Colomba: Biogoriva i biokemikalije
Godine 1995. dr. Umberto Colombo saznao je za ovaj napredak i pobliže se pozabavio razvojem ove parne eksplozije. Redovito smo razgovarali o putu naprijed. Bio je uvjeren da će petrokemijska postrojenja uskoro postati bijeli slonovi i da je za napredak potrebno pronaći način da se ta ulaganja pretvore u produktivne jedinice zamjenom nafte kao sirovine biomasom. Upoznao me s dr. Catijom Bastioli, koja je vodila pretvorbu Montedisonovog istraživačkog laboratorija za bioplastiku u neovisnu tvrtku pod nazivom Novamont. Umberto Colombo bio je vrlo blizak strateškom razmišljanju Raula Gardinija - ekstravagantnog talijanskog poduzetnika koji je vjerovao da budućnost leži u konsolidaciji strateških aktivnosti, a ne u slijepom fokusiranju na temeljno poslovanje sa specifičnom stručnošću. Gardinijeva vizija bila je prvo grupirati kemikalije i energiju, a zatim spojiti proizvodnju hrane (posebno šećera) u ovaj superklaster kako bi se stvorio konglomerat temeljen na biogorivima i biokemikalijama, jačajući poljoprivredu stvaranjem više proizvoda i veće vrijednosti. Ovo je bila rana verzija plavog gospodarstva. Gardinijeva logika razvijena je s ciljem dugoročne konkurentnosti regije i podudarala se s logikom koju su članovi Rimskog kluba teoretski razvili početkom 1970-ih. Nakon što je Raul Gardini izgubio kontrolu nad svojim konglomeratom u nastajanju, nova uprava brzo je preokrenula njegov napredak, a dr. Catiji Bastioli trebala je hrabrost da osigura budućnost bioplastične komponente, s polimerima dobivenim iz otpadne biomase.
Bioplastika dobivena iz obnovljivih izvora
Svijet bioplastike mi nije bio nov. Kao predsjednik Ecovera, razgovarao sam o potencijalnoj suradnji s ICI Chemicalsom 1991. i 1992. Britanska grupa, pod vodstvom Johna Harvey-Jonesa, razvila je bakterijsku plastiku pod markom Biopol, ali se borila s pristupom tržištu. Bilo je izvanredno da je ova tradicionalna kemijska grupa, na čelu s predsjednikom koji nije bio kemičar, postavila jedan od europskih temelja za bioplastiku. Iako su ove Biopol posude bile skuplje od tradicionalnih petrokemijskih posuda, bio sam odlučan koristiti ih za svoje biorazgradive deterdžente. Nažalost, ove plastike nisu bile dovoljno stabilne za naše tekuće sapune i nisu zadovoljavale standarde kvalitete, što me potaknulo da nastavim s istraživanjem. Nisam ni slutio da će, čim se odreknem kontrole nad grupom za deterdžente, ovaj projekt biti odgođen. Ipak, žustra rasprava o bioplastici napravljenoj od hrane već je započela 1992., a prilika za pronalaženje ambalaže dobivene od bakterija koje su se udebljale šećerom činila se izvrsnom alternativom.
Biorafinerije: Generiranje prihoda i konkurentnih proizvoda
Konačno sam upoznao dr. Catiju Bastioli na duljem nizu sastanaka 1999. godine na međunarodnom kongresu pod pokroviteljstvom ENI-ja na temu "Prema nultim emisijama: Izazov za ugljikovodike", gdje je predstavila svoju viziju za Novamont. Dr. Gravitis također je sudjelovala u prezentaciji s provokativnim naslovom "Način proizvodnje proizvoda s dodanom vrijednošću i osnova za nulte emisije u poljoprivredi". Japanski doprinos Hiroyukija Fujimure, predsjednika EBARA-e, utro je put izvanrednom okviru u kojem su osma najveća talijanska naftna tvrtka (ENI) i najveća petrokemijska grupa (Versalis) pokrenule raspravu, pod vodstvom Umberta Colomba, njihovog sadašnjeg predsjednika, kako bi stvorile novu paradigmu za energiju i kemikalije. Fokus je bio na tome kako se kretati prema kemijskom svijetu u kojem biorafinerije pružaju dodatne prihode poljoprivrednicima, a istovremeno proizvode proizvode koji se natječu u performansama i cijeni s tradicionalnim petrokemikalijama. Iako je sam sastanak ostao jedinstven događaj, nikada ponovljen u ovim razmjerima pod pokroviteljstvom velike naftne kompanije, katalizirao je širi interes za tu temu među akademicima, kreatorima politika i poduzećima.
Tijekom godina, dr. Gravitis je izgradio snažnu središnju skupinu u Tokiju, uz podršku Masako Unoure, koja mi je dugi niz godina bila osobna asistentica u Japanu. Mitsubishi Heavy Industries preuzeo je vodstvo, pod vodstvom tima koji sam okupio u Institutu za napredne studije Sveučilišta u New Yorku. Istraženo je mnoštvo tema i sažeto u članke, a sve su dijelile zajedničku nit: biorafinerije. Transformacija poljoprivrednih proizvoda pojavila se kao izvor višestrukih tokova prihoda, ključna značajka nulte emisije i plavog gospodarstva. Obrađene teme kretale su se od odvajanja nedrvnih šumskih proizvoda i upravljanja okolišem plantaža u tropima (posebno uljane palme) do stvaranja dodatnih prihoda, proizvodnje umreženih polimera iz biomase, proizvodnje glukoze i polisaharida topivih u vodi iz celuloze te korištenja bagase od šećerne trske kao izvora drva za drveni ugljen. Istraživanje je rezultiralo novim tehnikama obrade biomase za proizvodnju kemikalija, biogoriva i kompozitnih materijala. Jedan od prvih komercijalnih proizvoda bila je samoljepljiva vlaknasta ploča.
Ova nova vrsta vlaknaste ploče korištena je kao krov ZERI paviljona na Svjetskoj izložbi 2000. u Hannoveru. Isporučio ju je Taiheiyo Cement zahvaljujući vodstvu Masatsugua Taniguchija, višeg potpredsjednika i člana Upravnog odbora, i njegovog kolege Noriakija Hayame, voditelja inovacija. Taiheiyo Cement bio je posvećen razvoju ugljično neutralne ploče. Nakon globalne zabrane azbesta, potraga za ekološki prihvatljivim vlaknima bila je u potpunosti otvorena sve dok naš rad u biorafinerijama i bambusu nije privukao pozornost japanskog istraživačkog tima koji je otišao u Indoneziju posaditi 2000 hektara bambusa. Ovaj zeleni bambus je ubran i kontinuirano mljeven, rezan na mala vlakna ne duža od 2,5 milimetara, što je pokrenulo autohidrolizu, a zatim prešan u ploče koje sadrže 50% cementa i 50% bambusa (75% cementa po težini i samo 25% bambusa). Taiheiyo je postigao veliki uspjeh uvođenjem ove ploče u građevinsku industriju. Njen sirovi oblik ima prepoznatljivu pastelno zelenu nijansu, ugljično je neutralan i apsorbira buku - značajku koju visoko cijene stanice brzih vlakova (Shinkansen) u Japanu, koje su sve usvojile ovu ploču kao novi standard. Uspjeh ove inicijative, temeljene na boljem razumijevanju samohidrolize bambusa (i drugog drva), naveo je izvršnog direktora Taiheiyo Cementa da donira krov ZERI paviljona na Expu kao priznanje za naš doprinos ovoj novoj aktivnosti. Brzi prijevod istraživanja vezanih uz koncept biorafinerije i dolazak nekoliko komercijalnih proizvoda ojačali su program kroz raznolikost akademskog interesa. Dok su UNU i Institut za industrijske znanosti pokrenuli međunarodni napor uz podršku Latvije i Švedske, program je privukao pozornost Japanskog znanstvenog vijeća, kojim je tada predsjedavao profesor Jiro Kondo, Američkog kemijskog društva, Japanskog društva za istraživanje drva, Međunarodnog instituta za lignin i Međunarodnog istraživačkog centra za održive materijale. Do 2004. godine istraživanje je sazrelo do te mjere da je Europska unija potvrdila svoj strateški interes za tu temu i pokrenula programe financiranja. Iako se istraživanje očito može smatrati uspješnim, mučio sam se i počeo gubiti strpljenje s činjenicom da zbog pretjerane birokracije i poteškoća s financiranjem postrojenje u Sjevernoj Karolini nikada nije ponovno pokrenuto, a nekoliko strojeva vrijednih 500.000 dolara koje je proizveo Mitsubishi Heavy Industry teško da su potvrdili dolazak industrijske skale koju smo tražili. Do 2005. godine zaključio sam da pokušavam biti val i da je vrijeme da se povučem i pokušam biti surfer.
Šume i mobilnost
Tijekom intelektualnog i strateškog dijaloga između Petera Sengea (autora knjige "Peta dimenzija") i mene, koji je organizirao Göran Carstedt, direktor SOL-a (System Organization Learning), imao sam priliku upoznati poduzetnike koji stoje iza prve biorafinerije kemije drva koju sam ikada vidio u radu. Smještena u Önsköldsviku (sjeverna Švedska), drvo je promatrana kao višestruki izvor biokemijskih tvari i goriva, uključujući etanol. Per Carstedt, Göranov brat, koji je bio vlasnik Fordovog prodajnog mjesta, donio je hrabru odluku da kupi 1000 Fordovih automobila na etanol u Sjedinjenim Državama i proda ih u regiji Umeå u sjevernoj Švedskoj, stvarajući tako potražnju za biogorivom. Ova je odluka potaknula potražnju i dovela do prenamjene tvornice celuloze u prvu fazu biorafinerije, kombinirajući proizvodnju celuloze s proizvodnjom etanola. Njegova je strategija uspjela i tvornica je bila u funkciji s jamstvom lokalne kupnje etanola za svakih 1000 vozila. Integrirani novčani tok od prodaje automobila, a zatim i od prodaje goriva stvorio je uvjete koji su pokazali održivost jačanja lokalnih gospodarstava. Proizvođač automobila SAAB brzo je prepoznao potražnju za čišćim gorivom i lansirao prvi automobil na 100 % etanol. Proizvođač kamiona SKANDIA slijedio je taj primjer, dizajnirajući i sastavljajući kamione na etanol. Snaga inicijative koju je poduzeo običan građanin na periferiji svijeta (sjeverna Švedska nije baš središte obnovljive energije) nikada se ne smije podcijeniti.
Ova transformacija tržišta, potaknuta potražnjom, potaknula je lokalne poduzetnike da preuzmu inicijativu i stvore prvu biorafineriju. Provela ju je tvrtka SEKAB AB u svojoj tvornici u Domsjöu. Prije je proizvodila tradicionalnu celulozu za papirnate proizvode, a zatim se odlučila za proizvodnju lignina i etanola kao dodatnih izvora prihoda. SEKAB-ov kapacitet suhog lignina povećao se 2012. na 120 000 tona. To predstavlja veliki pomak od stoljetnih praksi kemijske obrade koje su lignin tretirale kao otpad, u najboljem slučaju koristeći ga kao gorivo (u crnoj lužini). Nusproizvodi dobiveni od ovih biokemijskih derivata uključuju tekućinu za pranje vjetrobranskog stakla, ocat, boje na bazi vode, farmaceutske sastojke, parfeme, sredstva za čišćenje, lakove i tinte. Gorivo je etanol dizelske kvalitete koji sadrži 95% čistog etanola. Istraživačka mreža proširila se i uključuje Institut za tehnička istraživanja Science Partners, na čelu s izvršnom direktoricom Marijom Khorsand, te Processum Biorefinery Initiative AB, s Peterom Blomqvistom kao predsjednikom i Clasom Engströmom i Johnom Runeom kao dioničarima. Processum Biorefinery Initiative AB razvija dodatne proizvode i procese za 21 tvrtku smještenu na sjevernoj baltičkoj obali Švedske, zapošljavajući 1300 istraživača i stručnjaka. Ovaj centar brzo postaje središte stručnosti kakvo nijedno drugo nema. Sveučilišta Chalmers i Lund također su se pridružila inicijativi i institucionalizirala istraživanje.
Foto-biorafinerija: Iskorištavanje moći Sunca
S druge strane Atlantskog oceana, stvari tiho napreduju s konceptom fotobiorafinerije, rafinerije koju pokreće sunce. To je zamisao profesora
Lucia Bruscha, osnivača Zaklade ZERI Brasil, i njegovog prijatelja i kolege, profesora Jorgea Alberta Vieire Coste, sa Škole kemije i prehrane Sveučilišta Rio Grande, smještenog u gradu Rio Grande. Njihova vizija fotobiorafinerije proizašla je iz nastojanja da se rižino polje pretvori u proizvodnu jedinicu za rižu, ribu i spirulinu. Cilj je bio proizvoditi više s postojećim postrojenjima, a ne izdvajati više iz postojećih sirovina. Kao što smo naučili u ovom slučaju, princip "raditi više s onim što imaš" može se primijeniti u različitim kontekstima. Južni Brazil, često opisan kao bogata regija zemlje, ima džepove siromaštva. Ukidanje subvencija za gnojivo koje su nametnuli Svjetska banka i MMF izazvalo je veliku krizu za uzgajivače riže početkom 1990-ih. Nakon što smo uveli uzgoj gljiva na rižinoj slami, nastojali smo ostvariti veći prihod s mikroalgama. Bilo je jasno da ovaj dio svijeta, sa svojom bogatom bioraznolikošću mikroalgi, može i treba transformirati rižina polja u bioreaktore.
Proizvodnja mikroalgi bila je izniman uspjeh. Udvostručenje biomase svakih 24 sata potaknulo je istraživače, koji su se upoznali s principima biorafinerija tijekom posjeta Janisa Gravitisa i Carla-Görana Hedéna Brazilu, da ih primijene na mikroalge. U to vrijeme, gotovo sva istraživanja mikroalgi bila su usmjerena na proizvodnju biogoriva. Budući da su lipidi i ulja bili samo sporedna komponenta, istraživački tim krenuo je identificirati sve druge moguće upotrebe algi. CNPq (Brazilsko nacionalno istraživačko vijeće za znanstveni i tehnološki razvoj) pristalo je financirati istraživanje, a rezultati su bili izvanredni. Ako se mikroalge proizvode isključivo za proizvodnju biogoriva, one nisu konkurentne. Međutim, ako je fokus na proizvodnji hranjivih tvari i biokemijskih tvari za polimere, ulja i lipide, fotobiorafinerija će biti vrlo profitabilna. Termoelektrana Seival, smještena u blizini Porto Alegrea u Brazilu, pokazala se idealnim partnerom za ovaj program. Upravlja jednom od rijetkih brazilskih elektrana s neutralnim ugljikom, a znanje stečeno uzgojem spiruline na rižinim poljima primijenjeno je u industrijskim razmjerima. Koncept fotobiorafinerije u Brazilu postao je značajan rezervoar stručnosti, koji se smatra jednim od pet najboljih u svijetu, s gotovo 50 diplomanata na magistarskoj i doktorskoj razini.
Italija preuzima vodeću ulogu u biorafinerijama
Najnoviji proboj u projektiranju i implementaciji biorafinerija postignut je u Italiji. Temelje je prije trideset godina postavio Raul Gardini, sa strateškom industrijskom vizijom, predanost profesora Umberta Colomba, koji je nakon svog pionirskog rada u ENEA-i postao ministar znanosti i visokog obrazovanja, a poticaj za implementaciju Catia Bastioli. Ono što je započelo kao istraživački laboratorij koji proizvodi bioplastiku pod robnom markom "Mater-Bi", dvadeset godina kasnije postalo je pionirska tvrtka koja potiče lokalni gospodarski razvoj transformirajući poljoprivredne nusproizvode, ekstrakcijom polimera, elastomera, herbicida i maziva te formirajući gradivne blokove desetaka proizvoda na bazi azelaične kiseline, pelargonske kiseline i estera. Rezultat je novi portfelj gradivnih blokova za nove generacije (bio)kemijskih proizvoda. Otpad se može pretvoriti u stočnu hranu, a prirodni enzimi iz cvjetova čička ključni su za proizvodnju sira.
Ponovna upotreba napuštenih tvornica
Iako koncept biorafinerije ulazi u moderno doba na temelju vizije održivog sustava proizvodnje i potrošnje, bitno je naglasiti da je sposobnost provedbe transformacije biomase u višestruke izvore prihoda samo jedan dio proboja. Drugi napredak Novamonta je ponovna upotreba postojećih ulaganja u petrokemijsku infrastrukturu. Značajan doprinos Catie Bastioli i njezinog tima ne leži samo u dizajnu biokemije i inovacijama procesa, već i u pronalaženju novih namjena za postojeće objekte, što se u industrijskom žargonu naziva "nasukani kapital". Infrastruktura i kultura zdravlja i sigurnosti, poznata kao "odgovorna briga", petrokemijskog postrojenja predstavljaju znatno kapitalno ulaganje koje se ne bi trebalo amortizirati zbog prekomjernog ulaganja na Bliskom istoku i u Kini uzrokovanog prekapacitiranošću. Nadalje, trošak sanacije zbog nenamjernih posljedica nenamjerne upotrebe katalizatora ili građevinskih materijala (poput azbesta) uvelike utječe na konačni rezultat. Kad god se kemijski pogon ili bilo koja druga proizvodna jedinica izgrađena prije tri ili četiri desetljeća treba zatvoriti, vlasnici će morati izdvojiti sredstva za troškove zatvaranja i sanacije. Račun bi lako mogao dosegnuti stotine milijuna, ili čak milijarde dolara. Pitanje je sada što će generirati najviše prihoda i potaknuti rast gospodarstva: čišćenje ili reinvestiranje kako bi se lokaciji udahnuo novi život kako bi postala trajna poslovna briga još nekoliko desetljeća s inovativnim poslovnim modelom. Pristup plavog gospodarstva ima za cilj učiniti poslovanje održivim i osigurati da koristimo ono što je lokalno dostupno, uključujući izgubljena kapitalna ulaganja i preraspodjelu rashoda za sanaciju.
Novamont nikada nije gradio pogon od nule; uvijek je uzimao postojeći pogon i pretvarao ga u proizvodnu jedinicu, dajući mu novi život kroz novi novčani tok. Sjedište i istraživački pogoni u Novari su bivši istraživački pogoni Montedison; bankrotirani pogoni Ajinomoto u Bottrigheu u Italiji pretvoreni su u moderne fermentacijske jedinice; bivša tvornica PET boca Mossi & Ghisolfi u Patriciji u Italiji također je transformirana; i popis se nastavlja. Najveća i najopsežnija konverzija postrojenja provedena je 2014. godine kada je istraživački i inženjerski tim tvrtke Novamont uspješno prenamijenio prvi talijanski petrokemijski pogon za krekiranje, smješten u Porto Torresu na Sardiniji, u najveću svjetsku biorafineriju, nazvanu Matrica. Riječ je o zajedničkom ulaganju tvrtki ENI/Versalis i Novamont u omjeru 50/50. Ovaj proizvodni pogon postavio je novi standard pretvarajući 2,5 milijuna tona sirove nafte u 700.000 tona kemikalija s postrojenjem koje prerađuje korov.
Uspjeh svake biorafinerije ovisi o dostupnosti obnovljive sirovine. Procjenjuje se da je 70.000 hektara sardinijskog poljoprivrednog zemljišta tijekom godina povučeno iz proizvodnje jer je Europska unija pokušala smanjiti ponudu skupih roba koje se obvezala kupovati po fiksnoj cijeni. Razlog tome bio je da je jeftinije platiti poljoprivrednicima da ne obrađuju zemlju nego da moraju kupovati tu robu. Međutim, korov napada i dominira kada se zemlja godinama ne obrađuje i ne zasađuje. Najraširenija korovska biljka na Sardiniji, a zapravo i u cijelom Mediteranu, poznata je kao čičak ili kardon (Silybum marianum). Iako je mogućnost korištenja zemljišta glavnog grada za biokemiju bila jasna, upravo je poznavanje kemije kardona pružilo novo opravdanje za ovu najnoviju biorafineriju.
Zamislite prvo napušteni petrokemijski pogon, a zatim pogon za kemiju kardona koji isporučuje četiri kemikalije (polimere, elastomere, maziva i herbicide) čiji se otpad koristi u stočnoj hrani. Lokalni poljoprivrednici oslanjaju se na uvoz soje iz Brazila za svoju hranu, kao što je to norma u cijelom svijetu. Danas se otpad pogona, nakon što proizvede gradivne blokove za četiri glavne kemikalije, ponovno koristi kao stočna hrana. Na iznenađenje svih, lokalno stanovništvo se pitalo imamo li "prašinu" od cvjetova kardona, koja se pokazala kao bakterijski enzimi potrebni za proizvodnju tradicionalnog kozjeg sira. Kada počnete prenamjenjivati petrokemijski pogon, proizvodnja sira se prirodno ne pojavljuje kao prilika za gospodarski razvoj. Međutim, kada primijenimo logiku plavog gospodarstva, krećemo u proces koji se s vremenom razvija i nudi mogućnosti koje nitko nije ni zamislio. Ovdje se znanost susreće s poslovanjem: jedno ima sigurnost zakona fizike i predvidljivost kemije, a drugo ima pogon da ideju pretvori u stvarnost.
Kapital prati inovacije
Do danas su ulaganja potaknuli programi iz Švedske, s više od 250 milijuna eura, i Italije, koja je uložila više od 500 milijuna eura kapitala u sedam postrojenja diljem zemlje te najmanje 200 milijuna eura za istraživanje i razvoj. Brazilska istraživanja mobilizirala su otprilike 15 milijuna eura tijekom godina, gotovo u potpunosti od vlade. Mitsubishi Heavy Industries i Institut za industrijska istraživanja također su uložili više od 20 milijuna eura za kontinuiranu proizvodnju laboratorijske opreme. Ako uključimo ulaganja tvrtki Tigney i Stake Technologies, moramo dodati još 120 milijuna eura. Iako su ovi dodatni kapitalni izdaci značajni, njih vrše organizacije i tvrtke s kojima prije nismo imali prethodnih odnosa; ne uključujemo ni istraživačke objekte ENEA-e, koji predstavljaju više od 100 milijuna eura za opremu i osnovna istraživanja.
Faktor stvaranja radnih mjesta također je ključan. Biorafinerije stvaraju više radnih mjesta od tipične tvornice celuloze i papira ili standardnog petrokemijskog postrojenja. To doprinosi lokalnom gospodarskom rastu. Iako je izravno zapošljavanje i dalje ograničeno, a inicijativne skupine stvorile su otprilike 45 000 radnih mjesta, broj neizravnih radnih mjesta prelazi 100 000, prvenstveno zbog dodatnih poticaja pruženih poljoprivredi i šumarstvu. Brojke iz Porto Torresa vrlo su indikativne. ENI-ju je bilo potrebno 2,5 milijuna tona sirove nafte za proizvodnju 700 000 kemikalija, a njegovi proizvodni pogoni nisu bili konkurentni. Na svom vrhuncu, Matrica bi mogla proizvesti samo polovicu te količine, ali bit će globalno konkurentna i generirat će usporediv broj izravnih radnih mjesta, a istovremeno će stimulirati lokalnu poljoprivredu, umjesto da financira vlade diljem Mediterana.
Švedska, Italija, Brazil i Kanada možda nisu najdominantnija svjetska gospodarstva, ali njihovi istraživački kapaciteti su jaki, a njihovi patentni portfelji u tim područjima broje se u tisućama. Jasno je da je biorafiniranje daleko napredovalo otkako je profesor Hedén govorio članovima švedskog parlamenta o čudima biotehnologije i mikrobiologije. Njegova poruka nije bila podrška genetskoj modifikaciji, već poziv na stvaranje veće vrijednosti iz obnovljivih resursa kao strategije za očuvanje konkurentnosti Švedske. Zapravo, on se zalagao za plavo gospodarstvo mnogo prije nego što je koncept postojao. Stoga ne čudi da ga je Heitor Gurgulino de Souza, rektor Sveučilišta u New Yorku, pozvao da vodi tim zadužen za provođenje studije izvedivosti inicijative Sveučilišta u New Yorku o "nultim emisijama", a on je zaključio: "Opcija 'nultih emisija' koju je predložio Gunter Pauli nije samo tehnički, znanstveno i ekonomski održiva, već je i nužna ako želimo postići naš cilj održivih društava."
Gunterov prijevod basni
Trgovina gljivama me od samog početka inspirirala da napišem dvije basne: basnu br. 41, "Gorivo s drveta", posvećenu Paolu Lugariju. On je bio taj koji je inspirirao stvaranje ovog središta davne 1987. godine, kroz moje rasprave o biorafinerijama koje koriste regeneriranu prašumu u Kolumbiji. Basnu br. 5, "Zašto me ne vole?", djelomično je inspirirana bambusovom vlaknastom pločom koju proizvodi Taiheiyo Cement u Indoneziji.
Za više informacija
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#page-1
www.sp.se/en/press/news/Sidor/20130530.aspx
www.referenceforbusiness.com/history2/90/SunOpta-Inc.html
www.novamont.com/
archive.unu.edu/unupress/unupbooks/80362e/80362E00.htm
http://tal.tv/es/video/los-hongos-de-francenid-perdomo/
