Биополипропилен производится в три этапа: возобновляемое сырьё, такое как сахароносные культуры, древесные отходы или отработанное растительное масло, преобразуется в пропилен одним из нескольких способов, и этот биопропилен полимеризуется на обычных заводах по производству ПП так же, как ископаемый пропилен.
Маршруты, реализованные в промышленном масштабе, подают возобновляемые углеводороды через существующие установки для ископаемого сырья вместе с ископаемым сырьём, поэтому биодоля каждой партии учитывается в документах по балансу массы; European Bioplastics называет такую смолу “биоатрибутированной”, а не биологически основанной. Маршруты, производящие пропилен исключительно из биомассы, так что весь его углерод является биогенным, были реализованы в пилотном и демонстрационном масштабе на этаноле и изопропаноле.
Этап 1: Возобновляемое сырьё
Био-ПП производится из трёх видов возобновляемого сырья:
- Сахароносные и крахмалосодержащие культуры: сахарный тростник и кукуруза — культуры, из которых производится обычный биоэтанол.
- Лигноцеллюлозная биомасса: сельскохозяйственные и лесные отходы и муниципальные органические отходы — несъедобная часть растительного материала.
- Растительные масла и жиры: рапсовое и подсолнечное масло, отработанное растительное масло, животные жиры и талловое масло — побочный продукт сульфатной варки.
Масла и жиры, включая отходные и остаточные сорта, являются сырьём для маршрутов, реализованных в промышленном масштабе.
Этап 2: Преобразование сырья в биопропилен
Возобновляемое сырьё превращается в пропилен одним из двух основных способов: масла и жиры гидрообрабатываются в углеводороды и подаются на существующие установки для ископаемого сырья вместе с ископаемым сырьём, либо сахара и лигноцеллюлоза сначала превращаются в спирт, который в выделенной цепочке преобразуется в пропилен. Установки для ископаемого сырья — это паровой крекинг или установка дегидрирования пропана, а спирт — это этанол, изопропанол или метанол.
Возобновляемые углеводороды, подаваемые совместно в паровой крекинг
Паровой крекинг производит биопропилен путём крекинга гидрообработанного растительного или отработанного масла вместе с обычной ископаемой нафтой или газойлем. Паровой крекинг растительного масла уже был указан как коммерческий в обзоре 2015 года.
Поскольку возобновляемое и ископаемое сырьё смешиваются, биодоля партии крекингового маршрута атрибутируется по балансу массы в рамках ISCC PLUS: производитель может отнести свой сертифицированный возобновляемый вклад к выбранным партиям продукции, при условии, что общее количество не превышает поступившего за вычетом потерь. Каждая поставка затем отгружается с декларацией об устойчивости, указывающей учтённое количество, выданной в рамках сертификата площадки производителя, который действителен в течение 12 месяцев.
Возобновляемый пропан через дегидрирование пропана
Установка дегидрирования пропана (PDH) отщепляет водород от возобновляемого пропана для получения пропилена — точно так же, как она это делает с ископаемым пропаном. Возобновляемый пропан является побочным продуктом гидрообработки растительных масел и жиров в возобновляемый дизель, авиационное топливо и бензин.
Borealis сообщила о начале производства возобновляемого ПП по этому маршруту в декабре 2019 года, подавая возобновляемый пропан Neste на свою установку PDH в Калло, Бельгия, в качестве частичной замены ископаемого пропана. Как и на крекинговом маршруте, биодоля каждой партии атрибутируется по балансу массы в рамках ISCC PLUS.
Биоэтанол в пропилен
Биоэтанол преобразуется в пропилен либо через этилен, в несколько стадий, либо напрямую на катализаторе в одном реакторе. В многостадийном маршруте этанол дегидратируется в этилен, и часть этилена димеризуется в бутен, который после изомеризации реагирует с остальным этиленом посредством метатезиса с образованием пропилена.
Промышленное производство по этому маршруту планируется с 2029 года, когда должен быть запущен завод Citroniq в Небраске.
Ферментация в изопропанол, затем дегидратация
Маршрут через изопропанол ферментирует сахара биомассы в изопропанол с помощью модифицированного микроорганизма и дегидратирует изопропанол в пропилен. Перед дегидратацией изопропанол необходимо отогнать из разбавленного ферментационного бульона.
Mitsui Chemicals реализовала всю цепочку в демонстрационном масштабе в проекте с Министерством окружающей среды Японии. Итоговый отчёт проекта итоговый отчёт, датированный февралём 2022 года, назвал стоимость и эффективность реакции среди проблем, которые ещё предстоит решить до коммерциализации.
Газификация в метанол, затем метанол в пропилен
Маршрут газификации производит метанол из газифицированной твёрдой биомассы, такой как древесная щепа, а затем преобразует метанол в пропилен. Преобразование использует либо метанол-в-пропилен (MTP), построенный для производства преимущественно пропилена, либо метанол-в-олефины (MTO), который производит этилен и пропилен вместе.
Обе стадии по отдельности реализованы в промышленном масштабе, но раздельно; их объединение для производства биопропилена было оценено в проектных исследованиях.
Этап 3: Полимеризация биопропилена на существующих заводах по производству ПП
Биопропилен полимеризуется на существующих заводах по производству ПП с теми же катализаторами и в тех же условиях, что и ископаемый пропилен, поскольку это одна и та же молекула. Линия полимеризации — та же, что используется в обычном производстве ПП, и смола химически идентична ископаемому ПП: она выпускается в тех же гомополимерных, статистических и ударопрочных сополимерных PP grades и попадает в тот же поток переработки. Биологическое происхождение не делает её биоразлагаемой.
Биологический углерод в готовом ПП измеряется радиоуглеродным анализом по ASTM D6866 или его эквиваленту ISO 16620-2, либо по EN 16640 в Европе. Тест показывает то, что физически находится в образце, поэтому он может подтвердить биосодержание смолы из выделенного маршрута, но для партии по балансу массы он может не совпадать с заявленной долей.