Biorefineries in decentralized environment : Review

As a result of food production and processing, considerable amounts of by-products are generated resulting in the need for finding appropriate alternative uses for this material. At the same time there is a need to move away from the use of non-renewable resources and to replace them with renewable ones. Different side- and waste streams can be utilized as new products, energy and nutrients. Depending on the biomass and its purity, a variety of processing possibilities can be used. On the other hand, the overall environmental effect from different processes can vary and in general the amount of side and waste streams should be minimized. As in all cases the total prevention is not possible, the most sustainable use from environmental, economic and social perspectives should be found. The biorefinery concept is not new idea, but in recent years it has become an interesting option for various biomass treatments. Biorefinery has different definitions but, in principle, it means the processing of biomass for various different end products. In agriculture and in food production and processing, the concept of a biorefinery is relatively new, mostly because of the dispersed location of different biomasses. In many cases, increasing the number of processing steps also increases the cost of the end products. On the other hand, single processes are not necessarily profitable or feasible on their own, but may be sensible as a part of a larger system. With the growing interest and political mandates of utilising renewable resources for the production of new products, it should always be noted that biomass availability is limited. Therefore all production processes should be highly efficient, and the main driver should be the environmental, economic, and social sustainability, covering the whole life cycle. This report gives a glance at biomass processing tehcnologies in agricultural and food sector. The processing options and example cases as well as the policy environment, sustainability, and economic issues reviewed here illustrate the knowledge and research interests at Luke in this field. The processing options described here are extraction and fractiation, fermentation, anaerobic digestion, and pyrolysis. All processes can be used for various materials either alone or combined with other processes, depending on the quality and amount of biomass. In all cases, Luke has the expertise to find out the ways to ensure the environmental, social and economic sustainability. Seeing the whole biomass value-chain and its possibilities is the core know-how in Luke. Ruoan tuotannon ja prosessoinnin eri vaiheissa syntyy merkittäviä määriä sivutuotteita ja jätejakeita, joille on löydettävä tehokkaita prosessointivaihtoehtoja. Tarve prosessoida sivu- ja jätejakeita tehokkaammin nousee sekä lainsäädännöstä (biohajoavien jakeiden kaatopaikkakielto) sekä tarpeesta korvata uusiutumattomia luonnonvaroja sekä kemikaalien että energian ja lannoitetuotteiden valmistuksessa. Riippuen biomassan puhtaudesta ja määrästä, useita eri prosessointi vaihtoehtoja voidaan valita sen mukaan, millaisia lopputuotteita halutaan valmistaa. Toisaalta, ympäristövaikutusten minimoimiseksi kaikkien sivu- ja jätejakeiden määrää tulisi minimoida mahdollisuuksien mukaan. Minimoinnista huolimatta, useissa prosesseissa sivuvirtoja kuitenkin syntyy, joten erilaisia ympäristölle, taloudelle ja yhteiskunnalle tehokkaita prosesseja tulisi kehittää. Biojalostamo konseptina ei ole uusi, mutta kiinnostus erilaisiin jalostusketjuihin on noussut viime vuosina. Biojalostamolla on useita eri määrittelyjä mutta pääperiaate on, että biomassaa prosessoidaan erilaisiksi lopputuotteiksi. Maataloudessa ja elintarviketeollisuudessa biojalostamokonseptit ovat vielä melko uusia. Biojalostamot on tähän asti yleensä tarkoittanut suuren mittaluokan prosesseja, joihin maatalouden ja elintarviketeollisuuden massat ovat olleen liian pieniä virtoja hajallaan eri paikoissa. Usein prosessoinnin lisääminen merkitseekin suoraa kustannusten kasvua ja yksittäiset prosessikokonaisuudet eivät usein ole liiketaloudellisesti kannattavia. Uusia ratkaisuja voidaan löytää yhdistämällä erilaisia hajautettuja biomassavirtoja ja kehittämällä uusia tehokkaampia prosesseja. On kuitenkin pidettävä mielessä, että uusiutuvat luonnonvarat ovat rajallisia, joten uusien prosessien tulee olla tehokkaista sekä ympäristön että taloudellisuuden näkökulmasta. Tässä raportissa tarkastellaan prosessointivaihtoehtoja maatalouden ja elintarviketeollisuuden erilaisille biomassoille. Tavoitteena on kuvata sekä Luonnonvarakeskuksessa tehtävää tutkimusta että tuoda esille eri mahdollisuuksia biotaloudessa. Raportin tarkoituksena ei ole arvottaa prosesseja, vaan tuoda esille vaihtoehtoja erilaisten esimerkkien kautta. Prosessointivaihtoehdoista esiin on nostettu erotus- ja fraktiointimenetelmät, fermentointi, anaerobinen hajotus sekä hidas pyrolyysi. Kaikki prosessit voivat käyttää hyvin erilaisia materiaaleja joko yksittäisenä prosessina tai yhdistettynä toisiin prosesseihin, jolloin toinen prosessi käyttää toisen ylijäämätuotetta tai jalostaa sitä edelleen. Oli prosessointiketju millainen tahansa, Luken tavoitteena on kehittää prosesseja, joiden vaikutukset ympäristölle, taloudelle ja yhteiskunnalle ovat mahdollisimman positiiviset. Kokonaiskuvan hahmottaminen, arvoketjujen muodostaminen ja eri vaihtoehtojen vaikutukset kokonaisuuteen ovat Luken osaamista parhaimmillaan.

2016