Technoeconomic evaluation and risk assessment of bioprocessess and bio-refineries

Abstract

Το βασισμένο στο πετρέλαιο σύστημα βρίσκεται σε μια πρωτοφανή κρίση όπου τα βασικά προβλήματα εντοπίζονται στην κλιματική αλλαγή και στην εξάντληση των ορυκτών πόρων. Επιπρόσθετα η ολοένα αυξανόμενη ζήτηση για καλύτερη και ευέλικτη παραγωγή προϊόντων καθώς και η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού απαιτούν καινοτόμες λύσεις σχετικά με τον τρόπο παροχής των προϊόντων και υπηρεσιών στην κοινωνία. Επομένως είναι απαραίτητη η μετάβαση προς την Βιο-οικονομία, όπου η παραγωγή και η χρησιμοποίηση των υλικών και της ενέργειας γίνονται με υπεύθυνο και φιλικό ως προς το περιβάλλον τρόπο. Ο γενικός στόχος της βιο-οικονομίας είναι η επιτάχυνση της μετατροπής των βιομηχανιών που χρησιμοποιούν ορυκτούς πόρους, σε βιώσιμες και αποδοτικές ως προς την χρησιμοποίηση των πόρων. Με αυτό τον τρόπο οι βιομηχανίες αυτές θα συνεισφέρουν μεταξύ άλλων στην μείωση των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα. Ωστόσο, η αξιοποίηση των πιθανών οφελών απαιτεί την οικοδόμηση υποδομών και την ανάπτυξη νέων βιο-τεχνολογιών οι οποίες θα εστιάζουν σε τρείς βασικούς άξονες: 1) την μετατροπή των τρεχουσών διεργασιών που βασίζονται σε ορυκτούς και μη ανανεώσιμους πόρους σε αποδοτικές διεργασίες ως προς την χρησιμοποίηση της ενέργειας και των πρώτων υλών, 2) την ανάπτυξη αξιόπιστων, βιώσιμων και κατάλληλων εφοδιαστικών αλυσίδων βιομάζας, υποπροϊόντων, αποβλήτων και ενός παγκόσμιου δικτύου βιο-διυλιστηρίων και 3) την υποστήριξη της αγοράς προϊόντων που βασίζονται σε βιοτεχνολογικές μεθόδους, λαμβάνοντας υπόψη τα πιθανά οφέλη και τους κινδύνους. Ο σημαντικότερος σκοπός είναι να διευρυνθούν τα όρια και ο παραγόμενος όγκος των καινοτόμων προϊόντων που βασίζονται στην βιομηχανική βιοτεχνολογία (π.χ. βιο-πλαστικά, δομικά χημικά στοιχεία, συστατικά υψηλής προστιθέμενης αξίας για φαρμακευτικά προϊόντα ή καλλυντικά και προηγμένα βιο-καύσιμα) από ανανεώσιμες ύλες βιολογικής προέλευσης (λ.χ. ειδικές καλλιέργειες, κατάλοιπα από τη γεωργία, δασοκομία, αλιεία και βιολογικά απόβλητα ). Αυτό απαιτεί την ανάπτυξη νέων τύπου βιολογικών διυλιστηρίων και των συναφών εφοδιαστικών αλυσίδων, καθώς και καινοτομίες σε καθιερωμένες βιο-βιομηχανίες με μακρά παράδοση στην επεξεργασία ανανεώσιμων βιολογικών πόρων (π.χ. βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού, αμύλου και βιομηχανία τροφίμων). Η παραγωγή χημικών και καυσίμων μέσω τεχνολογιών βιομετατροπής που χρησιμοποιούν ανανεώσιμους πόρους έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον τόσο της βιομηχανίας όσο και του ακαδημαϊκό χώρου. Αυτή η στροφή έχει οδηγήσει σε πληθώρα πειραματικών ερευνών σχετικά με τη δυνατότητα παραγωγής συγκεκριμένων ενδοκυτταρικών ή εξωκυτταρικών προϊόντων που μπορούν να χρησιμεύσουν ως βιώσιμα υποκατάστατα μη ανανεώσιμων χημικών ουσιών. Ωστόσο, η υιοθέτηση τεχνολογιών βιομετατροπής από τη βιομηχανία είναι περιορισμένη και πρόσφατα έχουν αναφερθεί ορισμένες δαπανηρές αποτυχίες κατά την επίτευξη του σταδίου παραγωγής. Οι αποτυχίες αυτές δημιουργούν την επιτακτική ανάγκη για την ανάπτυξη εργαλείων που μπορούν να υποστηρίξουν όλα τα στάδια της εμπορευματοποίησης των τεχνολογιών βιομετατροπής. Η διδακτορική αυτή διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη τέτοιων εργαλείων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον σχεδιασμό του τμήματος παραγωγής και ανάκτησης βιοχημικής προέλευσης χημικών. Επιπρόσθετα, τα εργαλεία που θα αναπτυχθούν θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτελούν ποσοτική ανάλυση επενδυτικού κινδύνου μεταξύ διαφορετικών τεχνολογιών βιο-μετατροπής. Ο απώτερος σκοπός είναι η δημιουργία μιας νέας μεθοδολογίας και πλαισίου που θα χρησιμοποιείται για την ανάδειξη των τεχνολογιών που μπορούν να επιτύχουν στο στάδιο της εμπορευματοποίησης. Για να επιτευχθεί ο σκοπός αυτός, ποσοτικές μέθοδοι θα χρησιμοποιηθούν όπως μαθηματικός προγραμματισμός, τεχνο-οικονομική ανάλυση καθώς και στατιστική ανάλυση.