BioRefinery, the bridge between agriculture and chemistry.
The relationship between agricultural feedstocks and a biobased chemical industry is extremely important to the biorefinery. For each country, the bridge between agriculture
and chemistry is different. In many countries, efforts have been enacted to ensure that biomass feedstocks are used in finished products. In Holland, a number of initiatives have been established to increase development of bioenergy, specifically a goal of 30 percent from biomass by 2030. To tackle these issues, many countries realize the importance of supply chains and co-production of alternative products through biomass. The role of farmers in the supply chain is also important because producing and selling biomass needs to make economic sense for farmers. A combination of different products both from the farmer and from the chemical industry will increase the potential revenue and provide stronger incentives. There is renewed interest from the chemical industry and the pulp and paper industry because of rising prices of traditional feedstocks, and pulp and paper waste streams are now a more economically feasible feedstock. Chemicals can be made from biomass without major inputs. Also, when converting biomass to ethanol, the co-products are almost equal in value to the ethanol produced. The integrated biorefinery increases the value of individual biomass components, as well as co-products. The biorefinery bridges the gap between agriculture and the chemical industries by providing a demand for biomass
feedstocks and producing a menu of finished chemical products. When these products are produced from non-fossil fuel feedstock, they also promote strategic national goals for renewable energy production.
Integrated Biorefinery
The concept of a biorefinery is modeled after petrochemical refineries, with
production of multiple products at a single facility. Existing biorefineries include wet-mill corn processing and pulp and paper mills. As with petrochemical refineries, the vision is that the biorefinery would integrate several conversion processes to produce both transportation fuel (ethanol and biodiesel) and high-value chemicals or products, including ones that would otherwise be made from petroleum. Industrial biorefineries have been identified as the most promising route to the creation of a new domestic biobased industry.
Various research activities have shown that lignocellulosic biomass can be converted to transportation fuels, chemicals, heat and power. The two main conversion pathways are enzymatic and thermochemical. Many companies are involved in many research and development programs for improvement of these pathways.
There is a case in Spain: Abengoa Bioenergy New Technologies. ABNT is building a pilot plant Biorefinery able to process ca. 1 tonne/day of agricultural residues by enzymatic hydrolysis, and a demonstration scale Biorefinery for conversion of 70 tonne/day of agricultural biomass. ABNT has initiated as well research on catalytic synthesis of ethanol from biosyngas. In the near future, ABNT wants to undertake the construction and operation of an Integrated Biorefinery that will demonstrate on a larger scale the production of fuels, chemicals, heat and power from biomass.
The Biorefinery will be designed to use a mix of lignocellulosic feedstocks in different ratios: corn stover, wheat straw, grasses, wood residues, and opportunity feedstocks locally available. This will contribute to operational flexibility, and will make the plant easily replicable in different geographical areas. The total biomass input in the demonstration plant will be over 700 dry metric tonnes/day. Most of the biomass feedstock will be used for the enzymatic production of ethanol, with the additional production of the co-products lignin and biomass stillage. The other part of the biomass input will undergo thermochemical conversion for production of synthesis gas. The syngas will be used for production of process steam and eventually electricity. The syngas will be produced in a quality suitable for further upgrading for chemical synthesis. The Biorefinery will be co-sited with an ethanol starch plant. This will allow the development of a hybrid complex, with integration of the two ethanol producing plants. In addition, many process and logistics operations will be shared by the two facilities, and the heat and power production in the Biorefinery will create opportunities for energy export to the starch plant. The integration of various biomass streams and processes will contribute to the economic success of the project and the development of the Biorefinery of the future.
Biorefinería, el puente entre la agricultura y la química.
La relación entre las materias primas de la agricultura e industria química biobasada es en extremo importante para la Biorefinería. Para cada país, este puente es diferente. En muchos países los esfuerzos han sido dirigidos a asegurar que las materias primas de biomasa sean usadas en productos terminados. En Holanda, un número de iniciativas han sido establecidas para incrementar el desarrollo de la Bioenergía, específicamente una meta de 30% para el 2030. Para abordar estas cuestiones, muchos países se dan cuenta de la importancia de cadenas de abastecimiento y coproducción de productos alternativos a partir de biomasa. El rol de los campesinos en la cadena de abastecimiento es también importante porque producir y vender biomasa necesita formar un sentido de economía en los mismos. Una combinación de diferentes productos provenientes del campo como de la industria química incrementará las ganancias potenciales y proveerá fuertes incentivos. Hay un renovado interés a partir de la industria química y papeleras a raíz del encarecimiento de sus habituales materias primas, y además los desperdicios de la industria pastera son ahora más viables económicamente como materias primas. Los químicos pueden ser hechos a partir de biomasa sin otros mayores ingredientes. También, al convertir biomasa en etanol, los coproducíos son también iguales en valor al etanol producido. La biorefinería integrada incrementa el valor individual de los componentes de biomasa, como así también de los coproductos. La biorefinería une la brecha entre agricultura y las industrias químicas proveyendo una demanda de materias primas de biomasa y produciendo un menú de productos químicos terminados. Cuando esos productos son producidos a partir de materias primas de combustibles no fósiles, ellos también promueven metas estratégicas nacionales para la producción de energías renovables.
Biorefinería Integrada
El concepto de una Biorefinería es extraído a partir de las refinerías petroquímicas, en las cuales múltiples productos son obtenidos en instalaciones integradas.
Las Biorefinerías existentes incluyen Plantas de molido y procesado de maíz, y fábricas de pastas celulósicas para papel.
La visión es que la Biorefinería podría integrar varios procesos de conversión para producir desde combustibles para transporte (etanol y biodiesel) hasta productos químicos de alto valor, incluyendo los que de otra manera se seguirían haciendo a partir del petróleo. Biorefinerías han sido identificadas como la ruta más promisoria hacia la creación de una nueva Industria basada en la Biotecnología.
Tras diversos estudios se ha demostrado que es viable transformar la biomasa lignocelulósica en calor, energía, combustibles para transporte e incluso productos químicos. Las dos principales rutas de conversión de la biomasa están basadas en procesos biológicos (enzimáticos) o termoquímicos. Existen numerosos programas de investigación y desarrollo para la mejora ambas rutas de transformación de la biomasa lignocelulósica.
Hay un caso en España (Abengoa Bioenergy New Technologies), dónde se está actualmente construyendo una Biorefinería escala piloto, capaz de procesar una ton/día de residuos agrícolas mediante hidrólisis enzimática, y una planta de demostración escala comercial, capaz de tratar 70 ton/día de biomasa de origen agrícola. En el terreno de los procesos termoquímicos, se han iniciado investigaciones para la síntesis catalítica de etanol a partir de syngas. En una Biorefinería Integrada, a una escala mayor, se llevará a cabo la producción conjunta de carburantes, químicos, calor y potencia a partir de biomasa lignocelulósica. La refinería será diseñada para poder usar mezclas de materias lignocelulósicas en proporciones variables: planta de maíz, paja de trigo, hierba, residuos de madera, y otros residuos disponibles localmente. Esto contribuirá a una mayor flexibilidad operacional, y hará que la planta sea fácilmente replicable en otras áreas geográficas. El total de material de biomasa empleado en la planta de pruebas superará las 700 toneladas secas al día. La mayoría de la biomasa se utilizará para la fabricación enzimática de etanol, conjuntamente con la producción de la línea de coproducto y de biomasa. La otra parte de la materia de biomasa se empleará en la conversión termo-química para la producción de gas. El gas producido se usará para para crear vapor, para su uso en el proceso, y en su momento electricidad y será de una calidad válida para ampliaciones posteriores para síntesis química. La biorefinería compartirá emplazamiento con una planta de etanol de almidón. Además, muchas operaciones del proceso y logísticas se compartirán entre ambas instalaciones, y la producción de calor y energía de la biorefinería crearán posibilidades de trasvase de energía hacia la planta de almidón. La integración de varios usos y procesos de biomasa contribuirá la éxito económico del proyecto y del desarrollo de la biorefinería del futuro.
