Przekształcanie biogenicznego dwutlenku węgla w substancje chemiczne o wartości dodanej
Przemysł chemiczny przy produkcji tworzyw sztucznych, paliw i materiałów codziennego użytku opiera się na surowcach kopalnych, a to oznacza emisje znacznych ilości gazów cieplarnianych. Nie tylko musimy ograniczyć emisje, ale także przemyśleć wykorzystanie węgla jako zasobu.
Przekształcanie dwutlenku węgla w prawdziwe produkty
Naukowcy badają, jak, zamiast traktować dwutlenek węgla (CO2) jako odpad, można go przekształcić w wartościowe substancje chemiczne, które byłyby w stanie zastąpić produkty na bazie paliw kopalnych. Wykorzystanie biogenicznego CO2 uwalnianego w wyniku utylizacji biomasy lub procesów biologicznych oferuje szczególnie obiecującą drogę zgodną z gospodarką o obiegu zamkniętym, ponieważ pozwala uniknąć dodawania nowego dwutlenku węgla do atmosfery poprzez ponowne wprowadzenie go do łańcuchów wartości, co zmniejsza zależność od źródeł kopalnych. Finansowany ze środków UE projekt CO2SMOS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) został zainicjowany w celu realizacji tej wizji poprzez przekształcanie CO2 w związki chemiczne o wartości dodanej, które można zintegrować z materiałami biopochodnymi. Wygenerowano łącznie siedem związków pochodzących z CO2, w tym PHA(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i węglany, które z powodzeniem przekształcano w biomateriały, takie jak kompostowalne folie opakowaniowe, produkty formowane i filamenty do druku 3D. „Nasi użytkownicy końcowi z branży przemysłowej potwierdzili, że substancje chemiczne pochodzące z CO2 można zintegrować z rzeczywistymi produktami, co otwiera nowe możliwości rynkowe” — stwierdza koordynator projektu Nicolas Martin Sanchez.
Metody przekształcania CO2 w użyteczne substancje chemiczne
Zespół projektu CO2SMOS wykorzystał połączenie metod biologicznych i chemicznych. Badacze łącząc biologię, chemię i elektrochemię, stworzyli zestaw rozwiązań pokazujących, że CO2 może zasilać wiele przemysłowych łańcuchów wartości. W jednej z metod mikroorganizmy beztlenowe są wykorzystywane do pochłaniania CO2 i przekształcania go w chemiczne cegiełki, takie jak kwasy i alkohole, które mogą być następnie wykorzystywane jako budulec do produkcji tworzyw sztucznych i polimerów. W innych metodach wykorzystywane są katalizatory do kierowania chemiczną transformacją CO2 w związki szeroko stosowane w opakowaniach. W ramach projektu zbadano również najnowocześniejsze metody elektrokatalityczne, które pozwalają połączyć CO2 z odnawialną energią elektryczną w celu wytworzenia wszechstronnych półproduktów chemicznych. Równolegle zastosowano procesy termokatalityczne w celu przekształcenia CO2 i olejów naturalnych w węglany, które są ważnym budulcem do produkcji zrównoważonych tworzyw sztucznych i powłok. Ta mieszanka uzupełniających się technologii pokazuje, że CO2 jako surowiec może być wykorzystywany na wielu ścieżkach przemysłowych.
Wyzwania regulacyjne i ekonomiczne
Z technicznego punktu widzenia projekt CO2SMOS udowodnił, że CO2 może być surowcem do produkcji materiałów z doskonałą wydajnością i z potencjalnie neutralnym śladzie węglowym. Dzięki zademonstrowaniu możliwości otrzymywania biopochodnych tworzyw sztucznych w warunkach przemysłowych projekt potwierdził możliwość ich integracji z istniejącymi łańcuchami wartości. Jednak zdaniem Sancheza: „Ramy regulacyjne są nadal ukierunkowane na biopaliwa, a nie na substancje chemiczne. Rozszerzenie wsparcia politycznego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) dla materiałów pochodzących z CO2 będzie kluczem do przyspieszenia absorpcji rynkowej”. Co więcej, procesy oparte na CO2 pozostają droższe niż oparte na surowcach kopalnych, głównie ze względu na koszt zielonego wodoru, który jest niezbędny do wielu konwersji.
Absorpcja przemysłowa a trwały wpływ
W ramach projektu przeprowadzono już walidację w skali pilotażowej, zwłaszcza w przypadku technologii opartych na fermentacji. Przed pełnym wdrożeniem przemysłowym konieczne będzie dalsze zwiększenie skali i przeprowadzenie szczegółowych ocen techniczno-ekonomicznych. Inne katalityczne innowacje są na wcześniejszym etapie, ale mają duży potencjał długoterminowo. Udowadniając, że biogenny CO2 można przekształcić w tworzywa sztuczne i środki chemiczne do zastosowań przemysłowych, projekt CO2SMOS przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym, neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla. Opracowane metody zmniejszą zależność od surowców kopalnych, a także pozycjonują CO2 jako zrównoważony surowiec, co otwierając nowe ścieżki dla przemysłu biotechnologicznego w przyszłości.