Zrównoważone otrzymywanie surowców z odpadów biorafinerii
Niekorzystne zmiany klimatyczne stały się wystarczającym impulsem do poszukiwań zrównoważonych metod wytwarzania materiałów biodegradowalnych i nadających się do recyklingu o niskim śladzie węglowym. Finansowany ze środków UE projekt Zelcor jest próbą podjęcia tego wyzwania przez recykling odpadów pochodzenia biologicznego i poprawę zrównoważenia istniejących biorafinerii drugiej generacji. W tych procesach produkcji środków chemicznych nie wykorzystuje się pochodnych ropy naftowej w celu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i poprawy zdrowia ludzi. Członkowie konsorcjum zdołali połączyć katalizę chemiczną i enzymatyczną z konwersją biologiczną wykorzystującą owady w zintegrowany proces biorafinacji. Wykazali w ten możliwość transformacji opornych na przekształcenia strumieni odpadowych biorafinerii lignocelulozy w produkty pochodzenia biologicznego o wysokiej wartości dodanej. Stéphanie Baumberger, koordynatorka projektu, stwierdza: „Istnieje potrzeba opracowania nowych łańcuchów wartości z wykorzystaniem metodologii gospodarki o obiegu zamkniętym opartej na odpadach rafineryjnych w celu zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania sektorów przemysłowych na produkty pochodzenia biologicznego”. Zespół otrzymał dofinansowanie ze Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Bioprzemysłu (Wspólne Przedsięwzięcie BBI), publiczno-prywatnej inicjatywy UE i przemysłu. „Projekt Zelcor ma także powiązania z innymi projektami europejskimi, w tym z projektem EUCALIVA i UNRAVEL. Łączy je odzyskiwanie ligniny pochodzącej z procesów pilotażowych i ich charakteryzację w ramach projektu Zelcor”, wyjaśnia Baumberger.
Owady przekształcają odpady w surowce
Naukowcy zdołali odzyskać z produktów odpadowych pochodzących biorafinerii trzy cenne surowce: pozostałości lignocelulozy (sucha masa roślinna) pochodzące z produkcji etanolu, ligninę rozpuszczoną podczas procesu roztwarzania oraz ligninopodobne huminy powstałe w wyniku reakcji ubocznych podczas konwersji cukrów. Celem badaczy było opracowanie wydajnych i zrównoważonych procesów wielkoskalowej produkcji biocząsteczek na potrzeby przemysłów kosmetycznego, opakowań i chemicznego, a także uzyskanie innowacyjnych biokatalizatorów wykorzystujących odnawialne zasoby biologiczne. Partnerzy projektu utworzyli cztery główne szlaki konwersji ligniny. Obejmowały one ekstrakcję rozpuszczalnikiem i obróbkę za pomocą cieczy jonowej, której wynikiem były ekstrakty przeciwutleniaczy, depolimeryzację katalizowaną zasadą w celu wytworzenia aromatycznych półproduktów chemicznych oraz technologię rozpuszczania i agregacji w celu odzyskania koloidalnych cząstek ligniny. Wykorzystali również ligninę jako substrat do konwersji przez mikroorganizmy oraz termity, co umożliwi ich hodowlę na dużą skalę. W ramach projektu powstała koncepcja jednostki hodowli termitów opartej na substratach lignocelulozowych. Koncepcję tę zrealizowano i wykorzystano do produkcji biomasy paszowej oraz chityny – polisacharydu i podstawowego składnika egzoszkieletu termitów. „Oporne frakcje lignocelulozowe zostały z powodzeniem wykorzystane przez żywe termity jako źródło węgla lub przez konsorcja bakteryjne wyhodowane z jelit termitów. Równolegle dokonano ekspresji i scharakteryzowano szesnaście nowych enzymów pochodzących z grzybów i bakterii, które działają na ligninę i z których trzy zostały wybrane do produkcji na dużą skalę”, zauważa Baumberger.
Bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone produkty
Badacze połączyli wszystkie osiągnięcia techniczne, uzyskując tym samym przekrojowe podejście oparte na łańcuchu wartości, dzięki któremu na rynki docelowe trafią pełnowartościowe bioprodukty. Dzięki właściwemu określeniu swoich możliwości naukowcy wybrali najbardziej odpowiednie produkty pośrednie, które następnie przekształcono zgodnie z odpowiednimi recepturami i na ich bazie wytworzono kremy do pielęgnacji skóry, materiały do pakowania żywności i wodne układy koloidalne. Dzięki wspólnym wysiłkom chemików organicznych i fizycznych, biologów oraz inżynierów procesu surowce uznawane wcześniej za odpady dają teraz zestaw nowych, cennych produktów biologicznych. Występujące pośród nich związki fenolowe z biomasy roślinnej stanowią bezpieczniejszą alternatywę dla istniejących syntetycznych przeciwutleniaczy stosowanych komercyjnie, takich jak bisfenol A, który jest szeroko stosowany w produkcji niektórych tworzyw sztucznych i uważany za substancję chemiczną zaburzającą funkcjonowanie układu hormonalnego. Wszystkie testowane związki mają niewielki wpływ na środowisko i mogą konkurować ekonomicznie z istniejącymi produktami opartymi na węglu pochodzącym z kopalin. „Projekt Zelcor przyniesie korzyści firmom z sektora chemicznego, tworzyw sztucznych i kosmetycznego, które dzięki niemu zyskają możliwość dywersyfikacji swoich produktów i ich zastosowań, Jednocześnie zaoferuje bezpieczniejsze alternatywy dla konsumentów i środowiska”, podsumowuje Baumberger.
Słowa kluczowe
Zelcor, biorafineria, lignina, gospodarka o obiegu zamkniętym, huminy, lignoceluloza, biocząsteczki, chityna, termity, enzymy
