Publication: Life cycle assessment of platform chemicals from fossil and lignocellulosic biomass scenarios : phenolic compounds, solvent, soft and hard plastic precursors
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Publication date
2011-06-14
Defense date
2012-03-15
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Abstract
One of the challenges of our time is the substitution of the existing fossil based economy by a green economy within the framework of sustainable development of our society. Biomass, especially from lignocelluloses, is a promising solution for the substitution of fuels, energy, chemicals and materials from fossil sources in a so called ―Biorefinery‖. The production of chemicals from biomass presents higher mass and carbon theoretical efficiency, and it seems an interesting alternative to provide a renewable path for globally and widely demanded platform chemicals like phenols, solvents (Acetone), soft plastic precursor (Polyethylene) and hard plastic precursor (Polypropylene). In this report, the environmental loads associated to the production of chemicals (Phenolic compounds, Acetone, PolyHydroxyButyric Acid and Polylactic Acid) from lignocellulose biomass scenarios (Poplar and Eucalyptus) are evaluated and compared to the petrochemical equivalents. Life Cycle Assessment Methodology and the latest Global Warming Potential Indicator that accounts biogenic greenhouse gas effect related to the rotation period of the feedstock along the entire carbon cycle are used along this study. The production of chemicals from biomass could contribute to possible reductions between 37% and 48% on greenhouse gas emissions for the functional unit when taking into account the entire carbon cycle and not only cradle to gate approach. Also, up to 80% fossil fuel can be saved while ecotoxicity indicators present much lower values for the production of chemicals from biomass. PHB seems to be the most environmentally friendly of all the chemicals from biomass, and phenolic compounds the worst. But there are some trade-offs; chemicals from biomass may increase other impact categories such Eutrophication and Acidification, but also Human toxicity, Photochemical Oxidant Formation and Particulate Matter Formation. Last but not least, water depletion is a fundamental issue involved, being substantially higher for chemicals from biomass, even when irrigation of certain wood species may not occur. Decrease of fertilizers and irrigation, new solutions for disposal, treatment and recycling of ash and gypsum, increase of yields and production, energy efficiency techniques and a cleaner electricity mix, could bring the production of chemicals from biomass to an status where they are dramatically better in all impact indicators if all the stakeholders on the life cycle of the chemicals from biomass (Agriculture and Industry sectors, research institutions, policy makers and final customers) get involved. _________________________________________________________________________________________________________________________
Uno de los retos de nuestro tiempo es la substitución de la existente economía basada en los recursos fósiles por una economía “verde” en el marco del desarrollo de una sociedad sostenible. La biomasa, especialmente la lignocelulosa, es una prometedora solución para la substitución de combustibles, energía, químicos y materiales de procedencia fósil en la llamada “Biorefinería”. La producción de químicos a partir de la biomasa es teoréticamente más eficiente en términos de balance de masa y carbón, y parece una alternativa interesante para proveer de un camino renovable a los ampliamente demandados petroquímicos de base como fenoles, disolventes (acetona), precursores de plástico suave (polietileno) y precursores de plástico duro (polipropileno). En este informe, el impacto ambiental asociado a la producción de químicos (Compuestos fenólicos, acetona, Ácido PoliHidroxiButírico y Ácido Poliláctico) procedente de escenarios de biomasa lignocelulosa (Álamo y Eucalipto) son evaluados y comparados con los petroquímicos equivalentes. El Análisis de Ciclo de Vida es utilizado como herramienta, así como el último indicador de potencial de calentamiento global que tiene en cuenta el efecto asociado a la rotación del cultivo y al ciclo de vida son utilizados a lo largo de este estudio. La producción de químicos a partir de la biomasa podría contribuir a posibles reducciones de entre el 37% y 48% en las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo de todo el ciclo de vida. Una reducción de hasta el 80% en recursos fósiles es también posible mientras que los indicadores de toxicidad en ecosistemas presentan valores mucho menores en el caso de los químicos a partir de la biomasa. El ácido PoliHidroxiButírico se sitúa como el químico más respetuoso con el medio ambiente, así como los compuestos fenólicos los que menos. Pero también hay varias desventajas; producir químicos a partir de la biomasa podría incrementar los niveles de Eutrofización y Acidificación del suelo, y también valores de Toxicidad Humana, Formación de Oxidantes Fotoquímicos y Materia en Partículas. Importante recalcar que el consumo de agua es un tema fundamental, siendo éste sustancialmente mayor para químicos a partir de la biomasa, incluso cuando no se practique irrigación. Disminuciones en irrigación y uso de fertilizantes, nuevas soluciones para el tratamiento y reciclado de residuos como cenizas y yeso, incremento de los rendimientos y del nivel de producción, eficiencia energética y energías renovables, podrían llevar la producción de químicos a partir de la biomasa a un punto donde sean radicalmente mejores desde el punto de vista ambiental si todos los agentes implicados (Agricultura e Industria, Instituciones de investigación, responsables políticos y consumidores finales) aceptan su parte de la responsabilidad.
Uno de los retos de nuestro tiempo es la substitución de la existente economía basada en los recursos fósiles por una economía “verde” en el marco del desarrollo de una sociedad sostenible. La biomasa, especialmente la lignocelulosa, es una prometedora solución para la substitución de combustibles, energía, químicos y materiales de procedencia fósil en la llamada “Biorefinería”. La producción de químicos a partir de la biomasa es teoréticamente más eficiente en términos de balance de masa y carbón, y parece una alternativa interesante para proveer de un camino renovable a los ampliamente demandados petroquímicos de base como fenoles, disolventes (acetona), precursores de plástico suave (polietileno) y precursores de plástico duro (polipropileno). En este informe, el impacto ambiental asociado a la producción de químicos (Compuestos fenólicos, acetona, Ácido PoliHidroxiButírico y Ácido Poliláctico) procedente de escenarios de biomasa lignocelulosa (Álamo y Eucalipto) son evaluados y comparados con los petroquímicos equivalentes. El Análisis de Ciclo de Vida es utilizado como herramienta, así como el último indicador de potencial de calentamiento global que tiene en cuenta el efecto asociado a la rotación del cultivo y al ciclo de vida son utilizados a lo largo de este estudio. La producción de químicos a partir de la biomasa podría contribuir a posibles reducciones de entre el 37% y 48% en las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo de todo el ciclo de vida. Una reducción de hasta el 80% en recursos fósiles es también posible mientras que los indicadores de toxicidad en ecosistemas presentan valores mucho menores en el caso de los químicos a partir de la biomasa. El ácido PoliHidroxiButírico se sitúa como el químico más respetuoso con el medio ambiente, así como los compuestos fenólicos los que menos. Pero también hay varias desventajas; producir químicos a partir de la biomasa podría incrementar los niveles de Eutrofización y Acidificación del suelo, y también valores de Toxicidad Humana, Formación de Oxidantes Fotoquímicos y Materia en Partículas. Importante recalcar que el consumo de agua es un tema fundamental, siendo éste sustancialmente mayor para químicos a partir de la biomasa, incluso cuando no se practique irrigación. Disminuciones en irrigación y uso de fertilizantes, nuevas soluciones para el tratamiento y reciclado de residuos como cenizas y yeso, incremento de los rendimientos y del nivel de producción, eficiencia energética y energías renovables, podrían llevar la producción de químicos a partir de la biomasa a un punto donde sean radicalmente mejores desde el punto de vista ambiental si todos los agentes implicados (Agricultura e Industria, Instituciones de investigación, responsables políticos y consumidores finales) aceptan su parte de la responsabilidad.
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Bioenergía, Biomasa