Заробити не один лимон, або Як збудувати завод з виробництва лимонної кислоти на основі переробки агросировини
Кінцевий продукт глибокої переробки зерна — лимонна кислота, яка в умовах агроринку України є перспективним товаром для виробництва. Бізнес може отримати прибутки, а точніше надприбутки. В українських підприємців є перспектива стати 4-им гравцем на європейському ринку лимонної кислоти. Четверті — це вже не останні, та і є шанс стати першими. Для цього потрібні стратегія, бізнес-план, ресурси, фахівці та підтримка влади.
Промислові біотехнології, засновані на процесах ферментації, дозволяють випускати продукти з хорошими перспективами продажу та стійкими трендами зростання на ринку, що обумовлено:
- зростанням чисельності населення планети;
- запитом споживачів на продукти, що складаються з натуральних рослинних інгредієнтів;
- підвищенням рівня життя в країнах Азії та Африки.
На графіку нижче представлені прогнози світових аналітичних агентств щодо середньорічних темпів зростання споживання деяких продуктів біопереробки агрокультур. Перспективність розвитку галузі промислових біотехнологій очевидна.
В країні триває війна, але вже зараз потрібно розробляти бізнес-стратегії на найближчі 7-10 років. Початковий період підйому економіки, після припинення бойових дій, матиме ряд сприятливих обставин для старту масштабних проектів, до яких належать і проекти промислових біотехнологій. Саме зараз держава і бізнес мають гарну можливість для розробки концепції майбутніх проектів, щоб через півроку/рік не втрачати час і дати старт їх реалізації.
Популярні кислоти
У цьому контексті, безумовно, великий інтерес представляє можливість організації виробництва однієї з органічних кислот.
Органічні кислоти — це органічні речовини, які виявляють кислотні властивості. Найвідомішими органічними кислотами є оцтова, лимонна, молочна, аскорбінова, мурашина, щавлева.
В останні роки, завдяки досягненням у галузі технології ферментації, стало можливим виробляти значну кількість органічних кислот із продукції сільського господарства. Для цього використовуються адаптовані мікроорганізми, які перетворюють вуглеводи природного походження на органічні кислоти. Як джерело вуглеводів можуть служити глюкоза, сахароза, спирт, що виробляються із зернових та інших агрокультур.
Завдяки своїм органолептичним, фізіологічним та хімічним властивостям органічні кислоти знаходять широке застосування у різних галузях промисловості. Одним із ключових споживачів є харчова промисловість. Органічні кислоти, як добавки, широко використовуються у виробництві харчових і питних продуктів. На ці цілі спрямовується понад 45% вироблених у світі органічних кислот.
Найбільше застосування мають оцтова та лимонна кислоти, завдяки їх антибактеріальним та протигрибковим властивостям. У хлібобулочній та кондитерській промисловості оцтова та лимонна кислоти використовуються для запобігання росту грибків та бактерій. Крім їх використання для антибактеріальних та протигрибкових властивостей, органічні кислоти також застосовуються для регулювання кислотності, використовуються як консерванти, антиоксиданти та підсилювачі смаку в харчових продуктах.
Другою за значимістю сферою застосування є фармацевтична промисловість. Завдяки використанню органічних кислот у різних ліках, наприклад, таких як аспірин і фенацетин. Крім того, органічні кислоти використовуються при виробництві миючих засобів, косметики, предметів особистої гігієни, біопластику, кормів для тварин та багатьох інших товарів.
Наприклад, мурашина кислота знаходить застосування у протиожеледних речовинах, у нафтовидобутку, дубленні шкіри. Молочна кислота широко використовується і має великі перспективи у виробництві біопластику, що розкладається.
Лимонна кислота чи Золота жила?
Одним із найцікавіших інгредієнтів є лимонна кислота — продукт, для виробництва якого може використовуватися найпоширеніша в Україні сировина — пшениця, кукурудза та бурякова меляса.
Крім вже знайомого нам застосування лимонної кислоти в харчовій промисловості, як консервант, антиоксидант і підсилювач смаку, лимонна кислота застосовується у фармацевтиці для виробництва ліків.
В останні роки збільшується використання лимонної кислоти в миючих засобах, оскільки завдяки здатності кислоти до біологічного розкладання вона є ідеальним замінником фосфату. У зв'язку зі світовими тенденціями вирішення проблем довкілля, прогнозується збільшення застосування лимонної кислоти у виробництві побутових та промислових хімікатів.
Ринку лимонної кислоти багато років були характерне щорічне стабільне зростання споживання 5-7 %. Згідно з прогнозами, до 2028 року ринок лимонної зростатиме щорічно в середньому на 4,8%. На думку аналітиків, ця тенденція збережеться в довгостроковому періоді.
Передбачається, що Азійсько-Тихоокеанський регіон домінуватиме і в середньому зростання споживання тут становитиме 5,7% на період до 2028 року і надалі. Вагомий внесок внесуть країни Близького Сходу, де швидкими темпами зростає споживання фармацевтичних препаратів та продуктів харчування на основі лимонної кислоти. Високі темпи зростання також залишаться в Північній Америці та Європі. При цьому Європа залишиться найбільшим споживачем лимонної кислоти у світі.
Світовий ринок лимонної кислоти знаходиться під значним впливом китайських виробників, які часто застосовують демпінг для завоювання нових ринків та досягнення мети повного домінування. Проте країни G7 досить успішно протистоять китайській експансії шляхом введення жорстких антидемпінгових заходів. Наприклад, Європейський Союз своїм останнім рішенням від 14 квітня 2021 року підвищив мита на лимонну кислоту, що ввозиться з Китаю до 50%. Проте, при щорічній ємності ринку 600 тис. т, країни ЄС лише наполовину покривають потребу власним виробництвом. У Європі сьогодні працюють лише два виробника — компанії Jungbunzlauer (Австрія) та Citrique Belge (Бельгія), які вичерпали місцеві можливості нарощування виробництва. Близько 300 тис. т лимонної кислоти щорічно імпортується в ЄС переважно з Китаю.
З огляду на останні тренди у світовій політиці та прагнення ЄС до ліквідації залежності від китайського виробництва з метою забезпечення продуктової безпеки, Україна має гарні перспективи для створення власного виробництва лимонної кислоти та експортування продукту до Європи із завданням витіснення китайських виробників. Практично можна говорити про заміщення 300 тис. т лимонної кислоти українським виробником щорічно.
Середня вартість лимонної кислоти на ринку ЄС 2020 року становила — 1100 €/т.
Є всі підстави вважати, що за правильної організації виробництва та стратегії збуту продукції заводи лимонної кислоти в Україні зможуть успішно експортувати свою продукцію.
Для визначення придатності сировини для виробництва на початковому етапі проектування необхідно проводити лабораторні випробування з метою визначення його застосування до процесу ферментації. Крохмало-або цукрозміщувальні природні джерела вимагають різних стратегій і процесів для біотехнологічної обробки.
Розмноження спор
Ключовою умовою для ефективного мікробіологічного процесу та функціонування підприємства загалом є наявність посівного матеріалу. У разі синтезу лимонної кислоти посівний матеріал додається в бродильний чан у вигляді спори від виробничого штаму на початку процесу. Тому важливо мати технологію розведення спор та її тестування задля забезпечення високої якості цього матеріалу. Для підвищення можливості зберігання, а також спрощення дозування бажано спори висушувати.
Обробка сировини
Для виробництва використовуються субстрати, що містять глюкозу, цукрозу або крохмаль. У разі використання крохмалю, його спочатку піддають процесу оцукрювання, щоб перетворити крохмаль у глюкозу, яка вже безпосередньо йде у виробництво. У зв'язку з тим, що рівень домішок даних субстратів сильно варіюються, то існують спеціальні технології для обробки різних сировинних матеріалів. В основному йдеться про операції знесолення та подальшу безперервну стерилізацію.
Бродіння
Найбільш привабливим є застосування барботажного ферментера (Барботажний ферментер — ферментер, в якому перемішування та аерація культуральної рідини здійснюється за допомогою стисненого повітря, що надходить через барботер, а відношення висоти апарата до діаметра не перевищує 2), з огляду на споживання енергії і одну з найпростіших конструкцій. Спеціально відібрані виробничі штами типу Aspergillus niger і точно підібрані під індивідуальні сировинні матеріали процеси для регулювання метаболічної активності мікроорганізмів гарантують найкращі можливі виходи та рівні продуктивності.
Виділення лимонної кислоти
Метою виділення лимонної кислоти є отримання попередньо очищеного розчину лимонної кислоти із ферментаційного розчину. Для цього ферментаційний розчин піддається наступним стадіям:
- відділення міцелію;
- осадження цитрату кальцію та сепарація;
- розкладання цитрату кальцію та відділення сульфату кальцію.
Для відділення сухих залишків використовуються переважно автоматизовані стрічкові фільтри. Спеціально розроблені процеси для виділення осаду та розкладання цитрату кальцію забезпечують мінімізацію витрат на даній стадії процесу, а також дають високий рівень відтворюваності процесу, що суттєво впливає на якість кінцевого продукту.
Очищення та кристалізація лимонної кислоти
Завершальний етап очищення лимонної кислоти включає взаємодію розчину лимонної кислоти з активованим вугіллям, катіоно-і аніонообмінними смолами в реакторах з нерухомим шаром. Остаточна обробка продукту включає наступні стадії: випарювання, вакуумна кристалізація, виділення кристалів у центрифузі, сушіння з використанням псевдозрідженого шару, просіювання. Усі процеси організовані із високим рівнем автоматизації.
Оптимально підібрані стратегії вимірювання та контролю, а також конструкція кристалізатора дозволяють виробляти моногідрат лимонної кислоти та зневоднений продукт за допомогою того самого обладнання. За допомогою наступного просіювання висушеного кінцевого продукту здійснюється фракціонування відповідно до розміру частинок та замовленням покупця. Лимонну кислоту можна отримувати як у порошкоподібному, так і рідкому вигляді.
Процеси очищення та кристалізації поєднуються з широким спектром класів продукту, у тому числі:
- CAM (citric acid monohydrate) — моногідрат лимонної кислоти (моногідрат означає, що у складі є молекули води);
- CAA (Citric acid anhydrous) — ангідрат лимонної кислоти (безводна лимонна кислота. На відміну від моногідрату, в її кристалічній решітці немає молекул води, тільки лимонна кислота, тому вона і називається безводною);
- сироп;
- цитрат натрію.
Усі види продукції відповідають міжнародним стандартам якості харчового, промислового та фармацевтичного класів, у тому числі BP, USP та FCC.
Мінімальна потужність заводу з виробництва лимонної кислоти, що рекомендується, становить 20 тис. т на рік. Для заводу такої потужності потрібно 5-7 га землі. Капіталовкладення залежать від потужності та конфігурації заводу, а також від місцевих умов. Вартість технологічної установки (за винятком будівлі, допоміжних конструкцій та інфраструктури) складає близько €40 млн. Цю цифру наведено для загального уявлення, оскільки у кожному проекті є свої особливості, які необхідно враховувати. За умов наявності дозволів та проектування, будівництво заводу займає близько 24 місяців.
Будь-який реалізований проект має об’єктивну та суб’єктивну складову. Ціна помилки може сягати десятки мільйонів євро. Бізнес — це завжди ризик. Але фактори ризику повинні нівелюватися раціональною оцінкою та стратегією. Головними у цьому є кваліфіковані кадри та фахівці. Про це свідчать історії успіху потужних компаній та корпорацій світу. В Україні є всі можливості для реалізації багатьох інвестиційних проектів. Ми можемо стати драйвером у світовому економічному зростанні.
А я ще раз зауважу, наскільки важливо при будівництві заводу робити все комплексно, системно, професійно та розуміючи світові тенденції розвитку цього ринку. На чому я акцентував увагу в попередній статті.
Олександр Бататін, національна інвестиційна рада при Президенті України, економіст, автор проєкту «Велика агропереробка»
