Bioodpady zamiast ropy. Polscy naukowcy mają nowy pomysł

Zawartość brązowego pojemnika na bioodpady zamiast ropy naftowej? Naukowcy sprawdzają, czy pozostałości organiczne można przekształcać w wartościowe surowce dla przemysłu chemicznego. W przyszłości mogłyby one służyć do produkcji kosmetyków, dodatków do żywności, a nawet komponentów paliw lotniczych. Badacze wykorzystują fermentację, ale zamiast jednego szczepu bakterii stosują całe społeczności mikroorganizmów. Dzięki temu mogą przetwarzać surowce o różnym składzie, które trudno byłoby wykorzystać w procesach wymagających jednorodnego materiału.

Najprościej można powiedzieć, że robimy fermentację, tylko nie taką jak przy produkcji piwa czy kiszonej kapusty. W naszym przypadku mikroorganizmy dostają jako pożywienie bioodpady, a my tak dobieramy warunki procesu, żeby przetworzyły je w konkretny, wartościowy związek chemiczny – tłumaczy prof. dr hab. inż. Piotr Oleśkowicz-Popiel, który kieruje badaniami nad wykorzystaniem mikroorganizmów do przetwarzania bioodpadów

Mikroorganizmy zamieniają odpady w wartościowy surowiec

W wielu procesach biotechnologicznych wykorzystuje się pojedyncze, starannie dobrane szczepy mikroorganizmów. Zwykle wymagają one określonych warunków i odpowiednio przygotowanego pożywienia. Zespół prof. Oleśkowicza-Popiela stosuje mieszane kultury mikroorganizmów. Poszczególne gatunki uczestniczą w rozkładzie i przekształcaniu różnych składników materii organicznej, dzięki czemu cały proces może wykorzystywać bardziej zróżnicowane surowce.

Naukowcy prowadzili już badania między innymi z użyciem kwaśnej serwatki. Potencjalnym materiałem są także odpady kuchenne, pozostałości po produkcji soków i przetwarzaniu warzyw. To istotne z punktu widzenia gospodarki o obiegu zamkniętym. Zamiast traktować pozostałości z produkcji żywności wyłącznie jako problem wymagający zagospodarowania, można próbować odzyskiwać z nich substancje przydatne w innych gałęziach przemysłu.

Od kwasu kapronowego do kosmetyków i paliw

Jednym z głównych produktów, nad którymi pracują badacze, jest kwas kapronowy, nazywany również kwasem heksanowym. To związek chemiczny, z którego można otrzymywać inne substancje, między innymi wykorzystywane w kosmetykach, perfumach czy dodatkach aromatycznych do żywności. Sam kwas kapronowy ma charakterystyczny, nieprzyjemny zapach. Niektóre jego pochodne, zwłaszcza estry, mogą jednak pachnieć owocowo i znajdować zastosowanie w kompozycjach zapachowych.

Możliwości wykorzystania tego surowca są szersze. Po dalszym przetworzeniu może on stanowić punkt wyjścia do produkcji innych związków chemicznych, a w przyszłości także komponentów paliw lotniczych.

Ślad węglowy niższy nawet o 80 proc? To wstępne obliczenia

Jednym z najbardziej obiecujących aspektów technologii jest jej potencjalny wpływ na środowisko. Według wstępnych obliczeń zespołu produkty otrzymywane z bioodpadów mogą mieć nawet o 80 proc. niższy ślad węglowy niż ich odpowiedniki wytwarzane w konwencjonalnych procesach wykorzystujących surowce kopalne.

Wynik ten nie oznacza jednak, że fermentacja i dalsze przetwarzanie są bezemisyjne. Cały proces wymaga energii, a jego ostateczny bilans środowiskowy będzie zależał między innymi od zastosowanych urządzeń, sposobu oczyszczania produktów i skali produkcji.

– Nie możemy mówić o procesie bez śladu węglowego, bo każda technologia zużywa energię. Ale w naszych wstępnych analizach różnica wobec produktów opartych na surowcach kopalnych może sięgać nawet 80 procent – podkreśla prof. Oleśkowicz-Popiel.

Od kilkunastu do 1000 litrów. Największe wyzwanie dopiero przed badaczami

Dotychczasowe eksperymenty prowadzone są w reaktorze laboratoryjnym o pojemności kilkunastu litrów. Następnym etapem ma być uruchomienie instalacji demonstracyjnej mieszczącej do 1000 litrów materiału. Zwiększenie skali procesu biologicznego nie polega jednak wyłącznie na zastosowaniu większego zbiornika.

W laboratorium stosunkowo łatwo utrzymać odpowiednią temperaturę, mieszanie i pH. W dużym reaktorze warunki mogą się różnić w poszczególnych miejscach, co wpływa na aktywność mikroorganizmów i wydajność produkcji. Dlatego potrzebne są kolejne eksperymenty, które pozwolą sprawdzić stabilność procesu, jego wydajność oraz możliwość dalszego zwiększania skali.

Dziesięć lat badań. Teraz czas sprawdzić możliwości rynkowe

Zespół prof. Oleśkowicza-Popiela pracuje nad technologią od około dekady. Obecnie rozwija ją również w ramach programu PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, który wspiera przygotowanie wyników badań do komercjalizacji. W przedsięwzięciu uczestniczą także Łukasz Łowiński, odpowiedzialny za wsparcie transferu technologii, oraz dr Filip Brodowski, zajmujący się między innymi analizą rynku i planowaniem komercjalizacji.

Prof. Oleśkowicz-Popiel zaznacza, że bioodpady nie zastąpią wszystkich surowców pochodzących z ropy naftowej. Mogą jednak stanowić ich alternatywę w wybranych zastosowaniach.

Musimy przestać patrzeć na odpady wyłącznie jak na coś, czego trzeba się pozbyć. W wielu przypadkach są to niewykorzystane jeszcze surowce– podkreśla naukowiec.

Na razie trudno przesądzać, czy rozwijana technologia okaże się konkurencyjna wobec konwencjonalnych procesów chemicznych. Jeśli jednak uda się ją wdrożyć na skalę przemysłową, to, co dziś trafia do brązowego pojemnika lub pozostaje po produkcji żywności, może stać się wartościowym surowcem. Odpady, zamiast być wyłącznie problemem, mogą pomóc ograniczać wykorzystanie ropy naftowej.