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Knowledge Based Bio-Economy

Nature’s building blocks: biorefineries as the factories of the future

At a time when pressures on the world's natural resources, concerns about the health of the environment, and the need to grow economies sustainably have never been higher, the EU is investing deeply in long-term solutions to ensure that the most can be made from what the planet produces.

One of the keys to the EU's efforts toward this goal are "biorefineries": technologies and processes that convert various types of biomass – ranging from wood and agricultural waste to oil-rich and woody crops – into aviation biofuels, chemicals, polymers and other high-end, high-value products.

One such EU-funded project, known as EuroBioRef, is growing a wide range of oil plants and energy crops to demonstrate that biorefineries can be developed in an economically and environmentally sustainable way – from the field to the manufacturing process to the final commercial products.

Based on early results, EuroBioRef is off to a promising start. Several products were synthesized from plant processing, through research on catalytic processes, and the first samples are now being tested for use in aviation fuels and high-value chemicals and polymers. Researchers are developing a strategy for rotating crops and combining the cultivation of edible and non-edible crops.

Demonstrating the project's economic benefit creation, additional revenues for farming communities are being investigated, for example the production of honey and silk. These new business avenues have the potential to increase local development and sustainability of production.

EuroBioRef – short for "European Multilevel Integrated Biorefinery Design for Sustainable Biomass Processing" – is being supported by €23 million from the European Commission and an additional €14.4 million from 28 partners in 14 countries (13 European countries plus Madagascar). The project is being coordinated by France's Centre National de la Recherche Scientifique. Importantly, the project's four SME partners are receiving 21 percent of the total financial support.

Launched in March 2010, the four-year initiative aims to improve cost-efficiency by 30 percent, reduce energy consumption by 30 percent, reduce feedstock consumption by at least 10 percent, and produce zero waste. Taken together, the environmental, social and economic benefits that the project is expected to generate could provide a significant competitive advantage to Europe's bioindustry.

The building blocks of EuroBioRef's innovative end-products are being derived from plants – some of which are household names, and some of which soon could become well known to the public. Crops being grown by the EuroBioRef team include oil plants such as castor, crambe, cuphea, jatropha, lesquerella, lunaria and safflower, etc and energy-laden  crops (so-called "lignocellulosic" plants) including switchgrass, black locust, willow, the fast-growing giant reed, the thistle-like cardoon, and a native Japanese grass called miscanthus. Test fields include oil crops and lignocellulosic plants being grown in Poland and Greece, as well as oil crops being grown in Madagascar.

In another demonstration of the productive use of biomass, the EU-funded FORBIOPLAST project is researching ways to use chips, shavings, sawdust and other timber industry waste as replacement materials for vehicle parts, cardboard and plastic boxes, and agricultural equipment such as pots for plants.

Additional biorefinery projects funded by the EU include BIOCORE and SUPRA-BIO.

Bausteine der Natur: Bioraffinerien als Fabriken der Zukunft

Wir leben in einer Zeit, in der der Druck auf die globalen Naturressourcen, die Sorgen um Umweltschutz sowie der Bedarf an der Entwicklung eines nachhaltigen Wirtschaftswachstums höher sind als je zuvor. Hohe EU-Investitionen in Langzeitlösungen sollen sicherstellen, dass aus den Produkten, die unser Planet erzeugt, der größtmögliche Nutzen gezogen wird.

Von zentraler Bedeutung auf dem Weg der EU zu mehr Nachhaltigkeit sind Bioraffinerien – Technologien und Prozesse, mit denen verschiedene Arten von Biomasse (Holz- und Agrarabfälle bis hin zu ölreichen und forstwirtschaftlichen Nutzpflanzen) zu Luftfahrt-Biotreibstoffen, Chemikalien, Polymeren und weiteren erstklassigen und hochwertigen Produkten verarbeiten.

Eines der zu diesem Zweck eingeführten EU-geförderten Projekte ist EuroBioRef, in dessen Rahmen eine Vielzahl von Öl-und Energiepflanzen angebaut werden. Damit soll demonstriert werden, dass Bioraffinerien auf eine umweltpolitisch und wirtschaftlich nachhaltige Weise entwickelt werden können, und zwar vom Feld, über den Verarbeitungsprozess bis hin zum kommerziellen Endprodukt.

Erste Ergebnisse belegen, dass EuroBioRef vielversprechend anläuft. Durch die Erforschung katalytischer Prozesse konnten mehrere Produkte aus Pflanzen synthetisiert werden. Erste Proben werden bereits für den Gebrauch als Luftfahrt-Treibstoff sowie für hochwertige Chemikalien und Polymere getestet. Forscher arbeiten außerdem an einer Strategie für die Fruchtfolge und den kombinierten Anbau aus essbaren und nicht-essbaren Nutzpflanzen.

Da das Projekt seinen wirtschaftlichen Nutzen bewiesen hat, werden weitere Möglichkeiten zusätzlicher Einnahmequellen für Bauernverbände, beispielsweise in der Honig- und Seidenproduktion untersucht. Diese neuen Geschäftsfelder haben das Potenzial, die lokale Entwicklung und die Nachhaltigkeit der Produktion voranzutreiben.

EuroBioRef ("European Multilevel Integrated Biorefinery Design for Sustainable Biomass Processing", zu Deutsch"Europäisches mehrstufig-integriertes Bioraffinierie-Design für nachhaltige Biomasseverarbeitung") wird mit 23 Millionen Euro aus Fördergeldern der Europäischen Kommission und weiteren 14,4 Millionen Euro von 28 Partnern aus 14 Ländern unterstützt (13 EU-Staaten und Madagaskar). Die Koordination des Projekts übernimmt das Centre National de la Recherche Scientifique in Frankreich. Dabei ist zu betonen, dass 21% der gesamten Förderungssumme den vier KMU-Partnern zur Verfügung stehen.

Die Ziele des Projekts, welches im März 2010 mit einer Laufzeit von vier Jahren ins Leben gerufen wurde, umfassen die Steigerung der Kosteneffizienz um 30%, die Verringerung des Energieverbrauchs um 30%, die Verminderung des Rohstoffverbrauchs um mindestens 10%, sowie den kompletten Wegfall der Abfallproduktion. Die Gesamtheit der umweltpolitischen, sozialen und wirtschaftlichen Nutzen, die das Projekt erwartungsgemäß hervorbringen wird, könnte Europas Bioindustrie einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Die einzelnen Bausteine der innovativen Endprodukte von EuroBioRef werden aus Pflanzen gewonnen, von denen einige bereits bestens bekannt sind und andere schon bald ebenso bekannt sein könnten. Zu den Pflanzen, die das Projektteam anbaut, gehören: Ölpflanzen wie Rizinus, Krambe, Cuphea, Jatropha, Lesquerella, Lunaria und Saflor, etc. und Energiepflanzen (sog. Lignocellulose-Pflanzen) wie Rutenhirse, Robinie, Weide, das schnell wachsende Riesenschilf, die distelartige Kardone sowie das japanische Miscanthus-Gras. Auf Feldern in Polen und Griechenland werden Öl- und Lignocellulose-Pflanzen bereits testweise angebaut. Auch auf Madagaskar werden versuchsweise Ölpflanzen gezüchtet.

Ein weiteres Beispiel für den produktiven Einsatz von Biomasse ist die Arbeit des EU-geförderten Projekts FORBIOPLAST. Im Rahmen des Projekts werden Möglichkeiten erforscht, Splitt, Späne, Sägemehl und weitere Abfälle der Holzindustrie zu Ersatzmaterialien für Autoteile, Kartons, Plastikschachteln und landwirtschaftlichem Zubehör (z.B. Pflanzentöpfe) zu verarbeiten.

Weitere EU-geförderte Bioraffinierie-Projekte sind unter anderem BIOCORE und SUPRA-BIO.

La nature comme chantier : les bio-raffineries, ou les usines du futur

En cette période de pression concernant les ressources naturelles, où les inquiétudes relatives à l'environnement et à la nécessité de construire une économie durable n'ont jamais été aussi importantes, l'Union Européenne investit dans des solutions à long terme, garantissant ainsi de tirer au mieux parti de ce que la planète produit.

Les « bio-raffineries » constituent un des facteurs clés de l'UE dans son effort d"aboutissement de cet objectif. Elles forment un ensemble de procédés et de technologies qui transformeront différents types de biomasse – allant du bois et déchets agricoles aux cultures oléagineuses et ligneuses – en carburants biologiques pour l'aviation, en produits chimiques, en polymères et autres produits de haute gamme et à forte valeur ajoutée.

EuroBioRef est un projet de ce type, financé par l'UE, qui vise à cultiver une grande variété de plantes oléagineuses et de cultures énergétiques, démontrant ainsi que le développement des bio-raffineries peut se faire de façon économiquement et écologiquement durable – allant du champ à la transformation industrielle jusqu'à la commercialisation finale des produits.

Si l'on se fie aux premiers résultats, les débuts d'EuroBioRef sont prometteurs. Plusieurs produits ont été synthétisés à partir du traitement de plantes dans le cadre de recherches sur les processus catalytiques, et des premiers échantillons sont dès à présent testés pour être utilisés comme carburants d'aviation et comme produits chimiques et polymères de grande valeur. Les chercheurs développent actuellement une stratégie pour alterner les plantations et combiner la culture de plantes comestibles et non-comestibles.

Pour démontrer l'impact positif du projet en termes économiques, des sources de revenus complémentaires sont à l'étude pour les communautés agricoles, comme par exemple la production de miel et de soie. Ces nouvelles pistes commerciales pourraient contribuer à accroître le développement local et la durabilité de la production.

EuroBioRef est une abréviation de « Elaboration d'une Bio-Raffinerie Européenne Intégrée à tous les Niveaux pour un Traitement Durable de la Biomasse ». La Commission Européenne finance ce projet à hauteur de 23 millions d'euros et 14,4 millions d'euros supplémentaires proviennent de 28 partenaires de 14 pays (13 pays membres de l'UE et Madagascar). Le projet est dirigé en France, par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Fait notoire, les quatre PME partenaires du projet perçoivent 21% du montant total des aides.

Lancé en mars 2010, ce projet de quatre ans vise à augmenter la rentabilité de 30%, à réduire la dépense d'énergie de 30%, à diminuer la consommation de matières premières de 10% minimum, et à ne produire aucun déchet. Les effets positifs combinés que le projet laisse entrevoir sur les plans environnementaux, sociaux et économiques, pourraient fournir à la bioindustrie européenne un avantage compétitif.

La base des produits finaux innovants découlant du projet EuroBioRef, est dérivée de plantes : certaines portent des noms communs, et d'autres pourraient devenir prochainement connues du public. Les plants cultivés par l'équipe d'EuroBioRef comprennent des plantes oléagineuses comme le ricin, le crambe, le cuphea, le jatropha, la lesquerella, la lunaire, le carthame etc., ainsi que des cultures riches en énergie (que l'on appelle des plantes « lignocellulosiques ») comme le panic dressé, le robinier faux-acacia, le saule, le roseau géant à croissance rapide, le cardon et une herbe originaire du Japon du nom de miscanthus. Les champs d'expérimentation comprennent des plantes oléagineuses et lignocellulosiques en Pologne et en Grèce, ainsi que des cultures d'oléagineux à Madagascar.

Le projet FORBIOPLAST, financé par l'UE, représente un autre exemple d'utilisation productive de la biomasse. Il examine les différentes manières d'utiliser les éclats de bois, les copeaux, la sciure et autres déchets de l'industrie du bois, comme matériaux de substitution pour la fabrication de pièces détachées de véhicules, de boîtes en carton et en plastique, ainsi que d'équipement agricole, comme des pots pour les plantes.

L'UE soutient également d'autres projets de bio-raffinerie comme BIOCORE et SUPRA-BIO.