Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Trajnostno optimiranje integriranih biorafinerij

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.02.03  Tehnika  Kemijsko inženirstvo  Procesno sistemsko inženirstvo 

Koda Veda Področje
T350  Tehnološke vede  Kemijska tehnologija in inženirstvo 

Koda Veda Področje
2.04  Tehniške in tehnološke vede  Kemijsko inženirstvo 
Ključne besede
integrirana biorafinerija, optimiranje procesa, toplotna integracij, varčevanje z vodo, poligeneracija, kazalci trajnostnega razvoja, šaržni proces, kontinuirni proces, načrtovanje, rekonstrukcija, industrijska uporaba
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (7)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  26217  dr. Miloš Bogataj  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  137 
2.  01347  dr. Peter Glavič  Kemijsko inženirstvo  Vodja  2010 - 2013  1.117 
3.  31228  Saša Hočurščak  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2011 - 2013 
4.  10878  dr. Anita Kovač-Kralj  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  335 
5.  23475  dr. Damjan Krajnc  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  164 
6.  11369  dr. Zorka Novak Pintarič  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  476 
7.  19271  dr. Darja Pečar  Kemijsko inženirstvo  Raziskovalec  2010 - 2013  319 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0794  Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo  Maribor  5089638012  13.112 
Povzetek
Biorafinerija trajnostno pretvarja najrazličnejše vrste biomase v produkte z višjo dodano vrednostjo (kemikalije, materiali, hrana, krmila) in energijo (biogoriva, toplotna in električna energija). Hkratna proizvodnja visokovrednih proizvodov in energije, brez odpadkov, omogoča boljšo izrabo biomase, ki je enostavna fermentacija poljščin v biogoriva ali sežig lesa ne omogočata. Biorafinerije morajo biti zaradi visokih stroškov transporta decentralizirane, regionalne; rešiti morajo tudi problem sezonske dobave poljščin oz. težaven razklop lesa.     Med biorafinerije sodijo nekateri obrati kemijske, biokemijske, farmacevtske in živilsko-predelovalne industrije. V predlagani raziskavi se bomo osredotočili na obrat za proizvodnjo piva kot primer fermentacije. Zahteve v številnih tovrstnih obratih so: višja učinkovitost izrabe snovnih in energetskih virov, višja dodana vrednost proizvodnje in manjše obremenjevanje okolja. Na področju načrtovanja učinkovitih in okolju prijaznih biorafinerij je bilo do sedaj opravljenih le malo raziskav, tako da inženirji nimajo sistematičnih orodij, ki bi jih relativno enostavno uporabili v ta namen. Klasične metode načrtovanja v procesni industriji niso neposredno uporabne za načrtovanje biorafinerij zaradi raznovrstnih surovin, drugačnih procesov presnove biomase in specifičnih produktov.   Osnovni cilj predlaganega projekta je zato razvoj metodologije za konceptualno načrtovanje in trajnostno optimiranje biorafinerij. Pri tem bodo glavni poudarki na doseganju večje ekonomske in obratovalne učinkovitosti biorafinerij, zmanjšanju okoljskih vplivov in doseganju višje dodane vrednosti. Večja ekonomska in obratovalna učinkovitost bo dosežena z metodami procesne integracije šaržno-kontinuirnih procesov, ki zmanjšajo porabo surovin, sveže vode, toplotne in električne energije. Za zmanjšanje okoljskih vplivov bodo analizirane alternative za čistejšo proizvodnjo s konceptom ničelnih odpadkov, razvojem zaprtih sistemov (obtakanje snovnih in energetskih virov), zamenjavo neobnovljivih virov z obnovljivimi ipd. Za doseganje višje dodane vrednosti bodo generirane in analizirane možnosti presnove biomase, stranskih produktov, odpadkov, odpadne vode v alternativne produkte oz. energente s fermentacijo, uplinjanjem, zgorevanjem, kogeneracijo ali poligeneracijo.   Uporabljene bodo najnaprednejše metode računalniško podprte procesne tehnike, integracije in optimizacije. Kombinirane bodo s hierarhičnimi, termodinamskimi in evolucijskimi pristopi načrtovanja procesov, da bi razvito metodologijo lahko uporabili za reševanje kompleksnih industrijskih primerov. Za ocenjevanje okoljskih vplivov in trajnostnega razvoja biorafinerij bodo uporabljeni pristopi analize življenjskega kroga, ocenjevanje stroškov snovnih tokov in kazalcev trajnostnega razvoja, s čemer bo kvantitativno ovrednoteno napredovanje k trajnostni proizvodnji v biorafinerijah.   Razvite metode bomo preizkusili na študijskem primeru realnega industrijskega procesa varjenja piva. Pričakovani rezultat je sistematična in splošna metodologija, ki bo uporabna za načrtovanje novih in posodobitve obstoječih obratov kemijske, farmacevtske in živilsko-predelovalne industrije (proizvodnje hrane in pijač). Metodologija bo hkrati upoštevala ekonomsko učinkovitost, zmanjšanje vplivov na okolje, spodbujala rabo obnovljivih virov in povečanje dodane vrednost kompleksnih biorafinerijskih obratov. Dobljeni rezultati lahko prispevajo k znižanju emisij toplogrednih plinov, učinkovitejši rabi energije ter povečanju deleža obnovljivih virov surovin in energije.
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta so celovite, uporabnikom prijazne metodologije za sistematično načrtovanje integriranih biorafinerij, ki hkrati upošteva ekonomsko učinkovitost, zmanjšuje vplive na okolje, spodbuja rabo obnovljivih virov in povečuje dodano vrednost kompleksnih biorafinerijskih obratov. Skupina je rezultate objavila v vrhunskih znanstvenih revijah.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvite metode smo aplicirali na primeru obrata pivovarne, v katerem je bila izvedena integracija porabnikov sveže vode, toplotna integracija, študija možnosti za namestitev poligeneracijskega sistema in zamenjave neobnovljivih virov energije z obnovljivimi. Raziskane so bile nekatere možnosti uporabe stranskih produktov in odpadkov proizvodnje piva za energente in produkte z višjo dodano vrednostjo. Predlagali smo ekonomsko in okoljsko optimalne alternative za ničelne odpadke, obtakanje virov in povečanje deleža povratne embalaže. Analizirane so bile dobavne mreže surovin, produktov in embalaže. Rezultati prispevajo k doseganju ciljev kjotskega protokola o znižanju emisij toplogrednih plinov in ciljev EU do leta 2020 za učinkovitejšo rabo energije in povečanje deleža obnovljivih virov energije. Podjetje ima dve pivovarni in dve tovarni brezalkoholnih pijač; rezultati pa so pomembni tudi za druge podobne (šaržno-kontinuirne procese) v proizvodnji pijač, v obratih kemijske, farmacevtske, živilsko-predelovalne, tekstilne in podobnih industrij. Rezultati in razvite metodologije so zanimivi tudi za projektantska podjetja in za razvijalce programske opreme.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2010, 2011, 2012, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno