PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 1 PŘÍRODNÍ POLYMERY PROBLÉMY & PERSPEKTIVY RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 17. 11. 2014 Biomasa Biomasa je souhrn látek tvořících těla všech organismů, jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živočichů. Tímto pojmem často označujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické účely. Energie biomasy má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze, proto se jedná o obnovitelný zdroj energie. Celková hmotnost biomasy je obvykle stanovena vážením, popřípadě též odhadem z objemu nebo délky těla. U čerstvě nalovených organismů je stanovena živá nebo čerstvá biomasa. Přesnější je stanovení biomasy suché (sušiny) a sušiny bez popelovin. Energetická hodnota biomasy je stanovena buď spálením v joulometru, nebo na základě podílu proteinů, cukrů a tuků. PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2015 2 24. 9. 2015 Soubor:Špalek na štípání.jpg Soubor:Boletus erythropus 2010 G3.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Spirulina_farm.jpg/220px-Spirulina_farm.jp g Hierarchie výzkumu 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 3 Výzkum Úloha Základní Co je možné Aplikovaný a průmyslový Co je realizovatelné Ekonomický Co se vyplatí Sociologický Co je přijatelné Význam přírodních polymerů v minulosti, současnosti a budoucnosti 24. 9. 2015 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 1 2015 4 •Minulost: dominance přírodních polymerů •Současnost: minoritní role jako technický plast, konkurence v oblasti lepidel trvá, přesun významu do potravinářství a léčiv •BUDOUCNOST: –Rozvoj modifikovaných přírodních polymerů (asi kromě papíru) –Snahy o chemické využití biomasy –Energetické využití (bioplyn, dřevoplyn) Když chceme posoudit PERSPEKTIVY 1 •Co bylo předpovídáno před 15- 30 lety •Jak se toto naplnilo •Jaké korekce vývoje nastaly •Na čem se nyní pracuje a jak už dlouho • …………………. 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 5 Když chceme posoudit PERSPEKTIVY 2 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 6 img810.jpg SKRIPTA z roku 1991 jsou spíše úvahou než učebnicí a proto vhodná pro posouzení perspektiv (kap. 8) Z příkladů je vidět, že 25 let není pro vývoj k průmyslové realizaci dost > PHB (polyhydroxybutyrát) Kap. 6 a 7 jsou už zastaralé PHB jako příklad 1 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 7 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8d/Poly-%28R%29-3-hydroxybutyrat.svg/200px-Po ly-%28R%29-3-hydroxybutyrat.svg.png P3HB (poly – 2 methyl - 3 - hydroxybutyrat) – BIOLOGICKY vyrobený z biologické suroviny Patent prof. Márová (FCH VUT), VÝŽIVA BAKTERIÍ z použitého jedlého oleje Dříve jen sacharidy PHB jako příklad 2 •Skripta z roku 1991: „po létech výzkumu se v roce 1983 začalo s pokusnou výrobou“ •STAV V ROCE 2015 •O PHB ví jen úzký okruh zasvěcených, •Ve statistikách se neuvádí •Patent VUT Brno (prof. Márová +2) •Staví se jednotka v Číně, kam byl prodán patent •V tuzemsku a na Slovensku na výrobě pracováno –ÚZCHT a.v. ČR –NAFIGATE Liberec –DUSLO Šala 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 8 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 9 ICI had developed the material to pilot plant stage in the 1980s, but interest faded when it became clear that the cost of material was too high, and its properties could not match those of polypropylene. In 1996 Monsanto (who sold PHB as a copolymer with PHV under the trade name Biopol) bought all patents for making the polymer from ICI/Zeneca. However, Monsanto’s rights to Biopol were sold to the American company Metabolix in 2001. PHB jako příklad 3 •VUT Brno, FCH, Ústav chemie potravin a biotechnologií (prof. Márová) – pokračuje výzkum biotechnologie •Tam se angažuji i já > zatím jedna přihláška vynálezu (mikrovlákna s nanopóry) •VUT Brno, FCH, Ústav chemie materiálů – výzkum zpracování •Výroba v ČR ??? •Výroba na Slovensku ??? •Výroba v Číně asi ano 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 10 PHB – závěr příkladu 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 11 •K velkovýrobě je cesta dlouhá, 32 let nestačí •Problém je v biotechnologii a ve vytěžení biopolymeru z biologického prostředí za rozumnou cenu a bez ohrožení lidí a/nebo životního prostředí •Já věřím v úspěch tohoto počínání! Snahy o využití biomasy •Většinu hmotnosti BIOMASY tvoří PŘÍRODNÍ POLYMERY •Postupy využití PŘÍRODNÍCH POLYMERŮ •CHEMICKÉ •Biochemické –Kombinace CH & BIO •………………….. 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 12 PŘÍRODNÍ POLYMERY X BIOPOLYMERY •PŘÍRODNÍ POLYMERY •Vznikají v přírodě bez zásahu člověka •Vznikají fotosyntézou nebo metabolismem •PŘÍRODNÍ POLYMER JE VŽDY BIOPOLYMER •BIOPOLYMERY •Vznikají v přírodě bez zásahu člověka •Mohou vznikat i úsilím člověka využít biosyntézu •Vznikají fotosyntézou nebo metabolismem • • 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 13 BIOPOLYMERY X POLYMERY Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ •POLYMERY Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ •Vznikají úsilím člověka •ZÁKLADNÍ surovina je biomasa (obvykle přírodní polymer) •Další část výroby může být i čistě chemická (PLA, PET, ...) •BIOPOLYMERY •Vznikají v přírodě bez zásahu člověka •Mohou vznikat i úsilím člověka využít biosyntézu •Vznikají fotosyntézou nebo metabolismem • • 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 14 POLYMERY Z OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ PLA JAKO PŘÍKLAD •ZÁKLADNÍ surovina (fotosyntéza) –Disacharid (sacharóza), –Polysacharid (škrob) •MONOMER (biotechnologie) –Kyselina mléčná •POLYMER (CHEMICKÁ TECHNOLOGIE) –polymerace 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 15 OBNOVITELNÉ X NEOBNOVITELNÉ ZDROJE SUROVIN 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 16 •OBNOVITELNÉ –Celulóza, –Škrob. •NEOBNOVITELNÉ –Ropa (nejuniverzálnější) –Uhlí –Zemní plyn –HLAVNÍ POUŽITÍ - ENERGIE KAM MUSÍ SMĚŘOVAT VYUŽITÍ OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ SUROVIN 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 17 •Paliva (> 90 % ropy) –Kapalná, –Plynná, –Pevná (obvyklé). •Monomery –Pro veřejnost velmi atraktivní •Chemické látky – výroba acetonu moc nezaujme – PŘÍKLADY SMĚŘOVÁNÍ VYUŽITÍ OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ SUROVIN •Tuzemsko •BIORAF (Biorafinace) •Akademická sféra & komerční podniky > bez základního výzkumu to nejde –Široký záběr, kde JÁ nedokážu identifikovat hlavní směr • •USA •VIRENT (Bioreforming) •Komerční podnik využívající výsledky akademické sféry > bez základního výzkumu to nejde –PALIVA –MONOMERY –CHEMIKÁLIE 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 18 BIORAF - kdo to je •AKADEMICKÁ SFÉRA •ÚCHP AV ČR (Ústav chemických procesů) Praha – Suchdol •BÚ AV ČR (Botanický ústav) Třeboň •VŠCHT Praha •PODNIKATELSKÁ SFÉRA •ECOFUEL Praha (paliváři) •RABBIT Trhový Štěpánov (králíci) •BRIKLIS Malšice (briketovací stroje) •AGRA GROUP Střelecké Hoštice (více oborů pro zemědělství) 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 19 BIORAFINACE - definice 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 20 •BIORAFINACE je soubor BIORAFINAČNÍCH (podle mě: biologických a/nebo chemických) procesů konverze BIOMASY prováděných ve vhodných zařízeních, separátorech a BIOREKTORECH, které komplexně využívají BIOMASU s cílem získání obnovitelné energie, např. v podobě BIOPALIV, a současně nebo v úzké návaznosti k výrobě nových (chemických, farmaceutických, kosmetických, potravinářských) produktů s vysokou užitnou hodnotou. Proč se ÚCHP AV ČR plete do BIOtechnologií? 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 21 •Hlavním problémem využití technologie BIORAFINACE je separace výsledných použitelných látek ze směsi biomasy, chemikálií a rozpouštědel (hlavně voda) •Na tuto problematiku je zaměřen ÚCHP AV ČR •Průmyslový výzkum těchto procesů v ČR už neexistuje (dříve např. VÚCHZ Brno) •Vysoké školy na toto nestačí BIORAF - SUROVINY 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 22 •BIOMASA •ŘASY •MIKROBY (bakterie, plísně, kvasinky, některé řasy a prvoci •Kafilerní tuky a odpadní živočišné tuky •Keratin z peří • …………….. • 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 23 Kmen Proteiny % Karbohydráty % (SACHARIDY) Lipidy % (TUKY) Scenedesmus obliquus 50 - 56 10 - 17 12 - 14 Chlorella vulgaris 51 - 58 12 - 17 14 - 22 Prymnesium parvum 28 - 45 25 - 33 22 - 38 Porphyridium cruentum 28 - 39 40 - 57 9 - 14 Spirulina platensis 46 - 63 8 - 14 4 - 9 BIORAF - výrobky 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 24 •BIONAFTA •KRMNÉ HYDROLYZÁTY Z KERATINU •SACHARIDY •………………. BIORAF - TECHNOLOGIE 1 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 25 Toto není jejich technologie, ale sem míří BIORAF - TECHNOLOGIE 2 1.Pěstování řas nebo rostlin 2.Sklizeň –Flokulace řas, odvodnění 3.Extrakce olejů 4.Transesterifikace 5.BIONAFTA 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 26 BIORAF - TECHNOLOGIE 3 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 27 •Fermentace > alkoholy > vylepšení procesu •Řízená hydrolýza keratinu > Proteinové hydrolyzáty •……………….. BIORAF - SHRNUTÍ 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 28 •Nejdou po chemických surovinách •Snaha o pěstování biomasy •Využívání přirozeně vzniknuté biomasy je až druhé v pořadí •Zaměření na palivo VIRENT - shrnutí 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 29 •Jdou po chemických surovinách •Není v tom pěstování biomasy •Využívání přirozeně vzniknuté biomasy •Zaměření na suroviny (jednoduché organické molekuly) i na paliva • VIRENT - Aqueues Phase Reforming (APR) 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 30 NEW-Virent_Bioforming-Process.jpg 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 31 New-Hexogonal-Graph.jpg Napřed musí BIOMASU rozložit na mono a di sacharidy a jiné „malé molekuly“ 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 32 VirentBioformingPlatforms-H2.jpg 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 33 New-Product-Image.jpg 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 34 Slide1-e1432128047435.jpg Co není na první pohled zřejmým? •Využívají i aromatické sloučeniny z ligninu? •Jak dělají štěpení polysachadidů? –Chemie? –Enzymy? •……………… 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 35 17. 11. 2014 PŘÍRODNÍ POLYMERY PŘF MU 11 2015 Problémy a perspektivy 36 BioPET 1.jpg BioPET 2.jpg BioPET 3.jpg Už to asi funguje!