Ανάπτυξη αειφόρου βιοκαταλυτικής μεθόδου παραγωγής βιοντίζελ 2ης γενιάς με χρήση καινοτόμων βιοκαταλυτών παραγόμενων από παραπροϊόντα της βιομηχανίας βιοντίζελ
Bio(Cat)Diesel
Το έργο
Το βιοντίζελ είναι ένα βιοαποικοδομήσιμο, μη-ορυκτό υγρό καύσιμο, το οποίο αποτελείται από μεθυλεστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων προερχόμενων από τη μετεστεροποίηση φυτικών ή/και ζωικών ελαίων/λιπών. Το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο ψήφισε πρόσφατα την αναθεώρηση της Οδηγίας για την Ανανεώσιμη Ενέργεια (REDII)2, αφενός θέτοντας ως στόχο τη σταδιακή απόσυρση των βιοκαυσίμων 1ης γενιάς έως το 2030, κυρίως λόγω των περιβαλλοντικών επιπτώσεων αυτών, και αφετέρου ορίζοντας ως τιμή-στόχο το 14% των καυσίμων για μεταφορές να είναι βιοκαύσιμα 2ης γενιάς, δηλαδή προερχόμενα από πρώτες ύλες που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τρόφιμα (π.χ. βιομηχανικά και αστικά υπολείμματα), καθώς επίσης και από ελαιογόνους μικροοργανισμούς, (π.χ. ζύμες).
Η ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για τη βιομηχανική παραγωγή βιοντίζελ βασίζεται στην αλκαλική μετεστεροποίηση λιπών και ελαίων με χρήση καταλυτών χαμηλού κόστους, όπως NaOH ή KOH. Η τεχνολογία αυτή ωστόσο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην περίπτωση χρήσης ελαίων/λιπών προερχόμενων από παραπροϊόντα τροφίμων (π.χ. χρησιμοποιημένα τηγανέλαια, ζωικό λίπος από μονάδες επεξεργασία ζωικών υποπροϊόντων κ.α.) για την παραγωγή βιοντίζελ 2ης γενιάς, καθώς αυτά είναι χαμηλής ποιότητας με υψηλή οξύτητα και υγρασία και οδηγούν στο παραγωγή χαμηλότερης ποιότητας βιοντίζελ.
Η προτεινόμενη βιοκαταλυτική διεργασία για την παραγωγή βιοντίζελ με χρήση λιπασών έχει σημαντικά πλεονεκτήματα, καθώς είναι αποτελεσματικότερη, φιλική προς το περιβάλλον και η ανάκτηση/καθαρισμός του βιοντίζελ και της γλυκερίνης είναι σαφώς ευκολότερη. Το βασικό μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι το υψηλό κόστος του καταλύτη (ενζύμων), με αποτέλεσμα να είναι απαραίτητη η ανάπτυξη τεχνολογιών ανάκτησης/ επαναχρησιμοποίησής τους, κυρίως μέσω ακινητοποίησής τους σε κατάλληλους φορείς.
Παραγωγή βιοντίζελ
Οι λιπάσες είναι ευρέως διαδεδομένα υδρολυτικά ένζυμα που μπορούν να ληφθούν από ζώα, φυτά και μικροοργανισμούς και η βιολογική λειτουργία τους είναι να καταλύουν την υδρόλυση εστέρων, ιδιαίτερα τριακυλογλυκερολών μεγάλης ανθρακικής αλυσίδας, ενώ σε άνυδρους οργανικούς διαλύτες, διφασικά συστήματα, και γαλακτώματα οι λιπάσες καταλύουν την αντίστροφη αντίδραση, δηλαδή τη σύνθεση εστέρων.
H παραγωγή βιοντίζελ με χρήση ακινητοποιημένων λιπασών προσδίδει περισσότερα πλεονεκτήματα στη διεργασία, καθώς τα ένζυμα είναι πιο σταθερά στην ακινητοποιημένη τους μορφή, διαχωρίζονται ευκολότερα από το σύστημα αντίδρασης, δεν επιμολύνουν το προϊόν και τα μη-αντιδρώντα υποστρώματα, ενώ είναι δυνατή η επαναχρησιμοποίησή τους, ωστόσο, μετά από ορισμένο αριθμό χρήσεων η ενεργότητα των ενζύμων ελαττώνεται με αποτέλεσμα η απόδοση της βιοκαταλυτικής μετεστεροποίησης να μειώνεται και τελικά να είναι απαραίτητη η αντικατάσταση των ενζύμων. Ένας καινοτόμος και πολύ υποσχόμενος τρόπος ακινητοποίησης λιπασών είναι μέσω της αγκίστρωσής τους στην κυτταρική μεμβράνη κυττάρων (cell surface display), το οποίο επιτυγχάνεται με χρήση εργαλείων γενετικής μηχανικής, έτσι ώστε ολόκληρα τα κύτταρα να αποτελούν τον βιοκαταλύτη (Whole Cell Lipases-WCL). Επίσης, έχει αναφερθεί ότι βιοκαταλύτες WCL εμφανίζουν υψηλότερες αποδόσεις μετεστεροποίησης σε σχέση με εμπορικά διαθέσιμα ένζυμα.
Αντικείμενο
Αντικείμενο του έργου Bio(Cat)Diesel, είναι η ανάπτυξη της τεχνογνωσίας και η επιδεικτική εφαρμογή μιας καινοτόμου, οικονομικά αποδοτικής και αειφόρου διεργασίας βιοκαταλυτικής μετεστεροποίησης ελαίων υψηλής οξύτητας (π.χ. τηγανέλαια, παραπροϊόντα της βιομηχανίας βιοντίζελ κτλ.) με χρήση προηγμένων βιοτεχνολογικών εργαλείων, αντιμετωπίζοντας επιτυχώς τις προκλήσεις τόσο της αποδοτικής αξιοποίησης των υγρών παραπροϊόντων/αποβλήτων της βιομηχανίας βιοντίζελ, όσο και της μετάβασης σε τεχνολογίες προηγμένων βιοκαυσίμων 2ης γενιάς. Συγκεκριμένα, η ακατέργαστη γλυκερίνη (παραπροϊόν βιομηχανίας βιοντίζελ) θα αξιοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την ανάπτυξη ελαιογόνων ζυμών Yarrowia lipolytica, οι οποίες παράγουν εξωκυτταρικές λιπάσες, ενώ άλλα παραπροϊόντα της βιομηχανίας βιοντίζελ (σαπωνόμαζα, ελεύθερα λιπαρά οξέα) θα χρησιμοποιηθούν για την επαγωγή της σύνθεσης των εξωκυτταρικών αυτών λιπασών. Επιπλέον, θα δημιουργηθούν ανασυνδυασμένα στελέχη Yarrowia lipolytica με αγκιστρωμένες λιπάσες στην κυτταρική μεμβράνη (WCL) και η καλλιέργειά τους θα βελτιστοποιηθεί σε πρότυπο εργαστηριακό βιοαντιδραστήρα μεμβρανών. Οι εξωκυτταρικές λιπάσες θα ανακτηθούν με προηγμένες διεργασίες μεμβρανών, θα ακινητοποιηθούν σε συμβατικούς φορείς με φυσικοχημικούς τρόπους, και θα χαρακτηριστούν μαζί με τους βιοκαταλύτες WCL ως προς την απόδοση μετεστεροποίησης ελαίων με πρότυπες καινοτόμες τεχνικές, ενώ οι πλέον υποσχόμενοι βιοκαταλύτες και διεργασίες παραγωγής τους θα επιδειχθούν σε πιλοτική κλίμακα. Παράλληλα, θα βελτιστοποιηθεί σε εργαστηριακή κλίμακα η βιοκαταλυτική μετεστεροποίηση ελαίων με χρήση των προηγμένων βιοκαταλυτών, και η βέλτιστη διεργασία μετεστεροποίησης θα επιδειχτεί πιλοτικά σε αντιπροσωπευτικό περιβάλλον για την παραγωγή βιοντίζελ 2ης γενιάς από έλαια υψηλής οξύτητας.
Το έργο Bio(Cat)Diesel έχει ενταχθεί στη Δράση «ΕΡΕΥΝΩ-ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ-ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ» του Επιχειρησιακού Προγράμματος Ανταγωνιστικότητα Επιχειρηματικότητα και Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) με κωδικό ένταξης Τ2ΕΔΚ-00573 και συγχρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) και από εθνικούς πόρους. Η συνολική διάρκεια του έργου είναι 36 μήνες και ο συνολικός προϋπολογισμός του 702.340€.
Το Έργο με Μια Ματιά
Επιστημονικοί Στόχοι
Οι βασικοί στόχοι του έργου Bio(Cat)Diesel συνοψίζονται στος παρακάτω
Αναμενόμενα Αποτελέσματα
Η επίτευξη των στόχων του ερευνητικού έργου Bio(Cat)Diesel, αναμένεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη μίας βιώσιμης και αποδοτικής μεθόδου βιοκαταλυτικής μετεστεροποίησης ελαιούχων αποβλήτων χαμηλής ποιότητας, για την παραγωγή προηγμένου βιοντίζελ με τη χρήση λιπασών. Επίσης, η ακατέργαστη γλυκερίνη, η οποία προκύπτει ως παραπροϊόν σε πλεόνασμα, θα αξιοποιηθεί ως θρεπτικό υπόστρωμα για την ανάπτυξη των ζυμών Yarrowia lipolytica και την παραγωγή του βιοκαταλύτη, γεγονός που θα αποφέρει σημαντικό όφελος στις βιομηχανίες παραγωγής βιοντίζελ.
Επιχειρηματικοί εταίροι
Οι επιχειρηματικοί εταίροι αναμένεται να έχουν σημαντικά οικονομικά οφέλη, λόγω της αξιοποίησης των αποβλήτων τους (ελαιούχα απόβλητα, ακατέργαστη γλυκερίνη), από την παραγωγική διαδικασία. Επίσης, με την προτεινόμενη μέθοδο εξασφαλίζεται η λειτουργία των βιομηχανιών συμβατικού βιοντίζελ, καθώς η βιοκαταλυτική διεργασία παραγωγής προηγμένου βιοντίζελ δύναται να πραγματοποιηθεί στις ήδη υπάρχουσες εγκαταστάσεις τους. Τέλος, οι επιχειρήσεις αυτού του κλάδου θα εναρμονιστούν με τις οδηγίες της ΕΕ για την εισαγωγή προηγμένου βιοντίζελ 2ης και 3ης γενιάς στο ενεργειακό μείγμα των καυσίμων κίνησης σε συγκεκριμένες αναλογίες, εδραιώνοντας έτσι τη θέση τους στην αγορά.
Ερευνητικοί φορείς
Για τους ερευνητικούς εταίρους, η επιτυχημένη ολοκλήρωση του έργου θα επιφέρει σημαντικά οφέλη, τα οποία περιλαμβάνουν την ενίσχυση της εμπειρογνωμοσύνης τους και του ερευνητικού τους δυναμικού σε επιστημονικά πεδία, που ήδη δραστηριοποιούνται επιτυχώς, όπως είναι η βιοτεχνολογική παραγωγή ενζύμων, ο χαρακτηρισμός και η ακινητοποίηση ενζύμων και η μεταβολική μηχανική μικροοργανισμών για την παραγωγή χημικών υψηλής προστιθέμενης αξίας. Επίσης, τους δίνεται η δυνατότητα αξιοποίησης και μεταφοράς στη βιομηχανία των καινοτόμων ιδεών και τεχνολογιών που αναπτύσσονται σε εργαστηριακό επίπεδο. Τέλος, η αλληλεπίδραση και ανταλλαγή γνώσεων μεταξύ των εμπλεκόμενων ερευνητικών και επιχειρηματικών εταίρων προερχόμενων από ποικίλα επιστημονικά πεδία θέτει ισχυρές βάσεις για τη δημιουργία ενός παραγωγικού βιοτεχνολογικού δικτύου.
Κοινωνία
Σε ευρύτερο επίπεδο, το Bio(Cat)Diesel φιλοδοξεί να ενισχύσει τη βιομηχανική βιοτεχνολογία και τη μετάβαση σε μία σύγχρονη κοινωνία εμπνεόμενη από μοντέλα αειφόρου ανάπτυξης της βιο-οικονομίας, αξιοποιώντας βιολογικά συστήματα (μικροοργανισμούς ή ένζυμα) για να τροποποιήσει τοπικές ανανεώσιμες πρώτες ύλες σε βιοκαυσίμο, δημιουργώντας ένα φάσμα καινοτόμων εφαρμογών με σημαντικό οικονομικό αποτέλεσμα και χαμηλό περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Επιπλέον, η εκμετάλλευση παραπροϊόντων/αποβλήτων για την παραγωγή προηγμένου βιοντίζελ συνεισφέρει ουσιαστικά στην ελάττωση του ανταγωνισμού μεταξύ βιοκαυσίμων και τροφίμων (fuel versus food) αφού συγκρατεί την εξάπλωση των ενεργειακών καλλιεργειών γης εις βάρος των σοδειών για ανθρώπινη ή ζωική χρήση, τη μείωση της καλλιεργήσιμης γης και την αύξηση της τιμής των τροφίμων.
Επικοινωνία
Συντονιστής και Επιστημονικά Υπεύθυνος έργου
Δρ. Αντώνιος Μακρής
makris@certh.gr
2311 257541
To έργο υλοποείται στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου: T2ΕΔΚ-00573)
Συντονιστής και Επιστημονικά Υπεύθυνος έργου
Δρ. Αντώνιος Μακρής
makris@certh.gr
2311 257541
Copyright 2023 © All rights reserved | Powered by EcoPro Engineering