Fréttir

19.02.2015

Fiskafóður úr trjám

Margar leiðir að opnast til nýtingar ligníns og sellulósa úr trjáviði

  • Miklar tækniframfarir hafa orðið frá því að pappír var unninn í þessari verksmiðju í Flórída á fimmta áratug síðustu aldar. Mynd: Wikimedia Commons: Meisam

Nýjar tæknilausnir gera kleift að vinna margvíslegar afurðir úr ligníni sem er aukaafurð pappírsverksmiðja og hefur fram undir þetta aðallega nýst til kyndingar. Verið er að þróa ýmsar framleiðsluvörur og hráefni til framleiðslu úr ligníni, meðal annars plastefni, burðarefni fyrir lyfjaiðnaðinn og fleira. Íslensku fyrirtækin Matís og Sæbýli ehf. hafa unnið með sænska nýsköpunarfyrirtækinu SP Processum að þróun fiskifóðurs úr prótíni sem fæst með gerjun ýmissa styttri sykra úr niðurbroti sellulósa og hemísellulósa. Fisktegundin tílapía hefur reynst vaxa álíka vel og jafnvel betur á þessu fóðri en hefðbundnu fóðri úr fiskimjöli.

Allt að þriðjungur alls þurrefnis í plöntum er fjölliða sem með nútímatækni getur komið í staðinn fyrir jarðolíu við framleiðslu á margvíslegum afurðum og vörum. Með þessu margfaldast notagildi plöntutrefja miðað við það sem verið hefur fram að þessu og þar er trjáviður meðtalinn.

Efnaformúla ligníns. Þetta er mjög flókin fjölliða og því ekki hlaupið að því að kljúfa hana upp í einingar sínar. Mynd: Wikimedia Commons: Karol Glabpl.

Lignín eða tréni er eitt þriggja efna sem eru uppistaðan í trjáviði. Hin efnin eru sellulósi (beðmi) og hemísellulósi (hálfbeðmi). Þetta eru ómeltanleg efni. Sellulósi og hemísellulósi mynda trefjarnar í viðnum en lignínið límir þessi tvö efni saman í stoðvefjum plantnanna. Álíka mikið er af hverju þessara þriggja efna um sig í trjám og margt má vinna ef hægt er að aðskilja þau með einföldum hætti án þess að spilla byggingareiningum þeirra.

Nú þegar er farið að bæta ligníni í sement til að bæta eiginleika steinsteypu og lignínfjölliðan er líka notuð til að framleiða gervivanillu svo dæmi séu tekin. Lengi hafa menn hins vegar beðið eftir tæknibyltingu sem gerði kleift að nýta arómatíska eiginleika ligníns og byrja fyrir alvöru að framleiða úr þessu endurnýjanlega efni ýmislegt sem nú er framleitt úr jarðolíu.

Vandinn við lignín er sem sagt að bygging þess er flókin og erfitt að brjóta það niður. Í pappírsiðnaðinum verður mikið lignín afgangs þegar sellulósi er unninn úr viðnum og lignínið hefur hingað til verið nýtt sem eldsneyti til að hita upp verksmiðjurnar.

Erfðabreyting trjáa ein leiðin

Einn fremsti vísindamaður heims á sviði lignínrannsókna er lífefna- og skógfræðingurinn John Ralph sem starfar við Wisconsin-háskólann í Madison í Bandaríkjunum og við rannsóknarstofnunina Great Lakes Bioenergy Center. Á ráðstefnu um lignín sem haldin var í Umeå í Svíþjóð í ágúst sem leið greindi Ralph frá byltingarkenndum uppgötvunum um hvernig breyta mætti uppbyggingu ligníns í plöntum svo auðveldara verði að brjóta það niður. Tré sem erfðabreytt hefur verið með þessum hætti mynda nýja gerð af ligníni með einfaldari efnatengjum í viðnum en hefðbundin tré.

Efnamyndun pólíúretans. Þetta efni er meðal þeirra sem búa má til úr ligníni með nýrri tækni. Mynd: Wikimedia Commons: Cyfer.

Plast úr öðru en olíu

Áfram halda menn samt sem áður að leita að leiðum til að nýta hefðbundið lignín. Þrátt fyrir að enn virðist mörg ljón í veginum binda margir miklar vonir við að nota megi lignín til að framleiða ýmis gerviefni sem nú eru framleidd úr jarðolíu. Lignínið er líka á margan hátt ólíkt kolvetnisefnunum sellulósa og hemísellulósa. Til dæmis er það mun orkuríkara. Þess vegna er meðal annars verið að rannsaka mögulega framleiðslu lífeldsneytis úr ligníni. Í samtali við vefinn Nordisk Papperstidning & BioBusiness bendir áðurnefndur John Ralph á að lignín sé eina náttúrulega uppspretta arómatískra efnasambanda sem sé aðgengileg í svo ríkulegu magni. Þetta sé virkilega vannýtt auðlind. Auk pappírsiðnaðarins fellur lignín nú til hjá fyrirtækjum sem vinna etanól úr sellulósa.

Bæði í Bandaríkjunum, Svíþjóð og víðar vinna vísindamenn að því í samstarfi við fyrirtæki að þróa leiðir til að framleiða til dæmis hljóðeinangrandi frauðplastefni í bíla, andoxunarefni í hjólbarða, koltrefjaefni og fleira.

Art Ragauskas sem starfar við háskólann í Knoxville í Tennessee er þekkt nafn í þessum fræðum og eins Simo Sarkanen við Minnesota-háskóla. Á lignínráðstefnunni í Umeå hvöttu þeir til breiðrar samvinnu um að finna aðferðir til að vinna plastefni úr ligníni. Nordisk Papperstidning hefur eftir Ragauskas að mörg nýsköpunarfyrirtæki hafi sprottið upp á þessu sviði austan hafs og vestan. Mörg þeirra vinni pólíúretan eða úretanplast úr ligníni og mikil áhersla sé lögð á að þróa aðferðir til að framleiða úr því koltrefjaefni, sérstaklega í Svíþjóð en líka í Bandaríkjunum.

Lyfjaferjur úr ligníni

Öllu lengra eiga fyrirtæki í land sem gera tilraunir með að nýta lignín í lyfjaiðnaði, ekki síst á sviði erfðalækninga. Wilfred Vermerris við Flórídaháskóla hefur ásamt samstarfsfólki sínu sýnt fram á að lignín sem unnið er úr hirsi getur ekki einasta nýst sem flutningsefni eða lyfjaferja fyrir DNA í frumurækt með frumum mannslíkamans heldur umbera slíkar frumur lignínið betur en þau gerviefni sem hingað til hafa verið reynd.

Eins og er nýtist þessi tækni aðeins til að hjálpa fólki með lyfjagjöf við erfðasjúkdómum, aðallega þar sem tiltekið gen starfar ekki eðlilega og hindrar eðlilega prótínframleiðslu. En ef mönnum heppnast að ferja heilbrigð og virk eintök af viðkomandi genum inn í líkama sjúklingsins með hjálp burðarefnis eða efnaferju vonast menn til að koma megi virkni genanna í lag. Gerðar hafa verið tilraunir með að nota nanórör úr koltrefjum sem lyfjaferjur en í ljós hefur komið að mannslíkaminn umber þau illa. Vermerris telur að með því að nota náttúrlegar fjölliður megi komast fyrir vandamálið að einhverju leyti því ræktaðar mannsfrumur hafi í tilraunum reynst umbera lignín betur en kolefni.

Tílapía eða beitarfiskur óx álíka vel eða jafnvel betur á fóðri úr prótínum unnum úr sellulósa en hefðbundnu fóðri úr sjávarfangi.
Mynd: Wikimedia Commons: Bjørn Christian Tørrissen.

Íslensk fyrirtæki taka þátt í þróun fiskifóðurs úr sellulósasykrum

Þótt sellulósi og lignín séu ómeltanleg efni fyrir menn gildir ekki það sama fyrir sumar örverur. Sænska nýsköpunarfyrirtækið SP Processum, sem sænska ríkið rekur, hefur gert tilraunir með að nýta aukaafurð frá viðarvinnslu- og orkufyrirtækinu Domsjö Fabriker.

Ýmsar styttri sykrur úr niðurbroti sellulósa og hemisellulósa eru notaðar sem orkugjafi fyrir myglusveppina Paecilomyces variotii og Fusarium venenatum. Með gerjuninni fæst svokallað einfrumuprótín sem nota má við framleiðslu á fiskifóðri. Framleiðsluaðferðin hefur verið þróuð áfram og prófuð hjá SP Biorefinery Demo, líftæknisetri sænska ríkisins i Örnsköldsvik. Aðferðin hefur reynst nothæf og lofar góðu. Hún hlaut í október önnur verðlaun þegar evrópsku nýsköpunarverðlaunin Earto Innovation Prize voru veitt.

Þessi nýja tegund prótíns sem unnin er úr timburafurðum gæti í fyllingu tímans skipt miklu máli fyrir umhverfið á jörðinni. Fiskeldi í heiminum eykst stöðugt og þar með álag á þá fiskistofna sem nýttir eru til vinnslu fóðurs fyrir fiskeldið. Fóður er einnig unnið úr sojabaunum og ræktun þeirra fylgir mikið umhverfisálag, til dæmis í Brasilíu þar sem stöðugt er gengið á regnskógana til að brjóta nýtt land undir sojabaunaakra. Ef rækta má tré og vinna úr þeim hráefni í fiskifóður gæti það dregið úr umhverfisálagi vegna fiskeldis í heiminum. Frá þessu var sagt fyrir fáeinum misserum á svæðismiðli norska ríkisútvarpsins NRK í Nordland.

Stafafura er ein þeirra trjátegunda sem nota má til uppgræðslu láglendisauðna á Íslandi. Ef til vill verður verðmætt fiskifóður unnið úr ligníni íslenskra trjáa í framtíðinni. Mynd: Aðalsteinn Sigurgeirsson.

Íslensku fyrirtækin Matís og Sæbýli ehf. hafa unnið með SP Processum að þróun fiskifóðurs úr þessu prótíni. Matís þróaði mismunandi samsetningar af fóðri sem síðan var gefið fisktegundinni tílapíu, öðru nafni beitarfiski, í eldiskerum Sæbýlis ehf. á Eyrarbakka. Í ljós kom að fiskurinn þreifst álíka vel og jafnvel betur á þessu fóðri en því sem unnið var úr fiskimjöli.

Fram undan eru frekari tilraunir á stærri skala og þróun viðskiptalíkans um sölu á afurðunum. Lagt hefur verið af stað með áframhald verkefnisins og nú nýtur það styrks frá norrænu nýsköpunar- og viðskiptastofnuninni Nordic Innovation. Þar er meiningin að besta vinnsluferlana og gera prófanir á fóðri fyrir lax og bleikju.

Til mikils er að vinna því stutt er í að mannfjöldinn á jörðinni verði níu milljarðar. Spurn eftir fiski í heiminum er talin munu aukast um 300% á næstu 40 árum. 80% heimshafanna eru nú þegar ýmist fullnýtt, ofnýtt eða auðlindir þeirra tæmdar. Því verður meira og meira af þeim fiski sem neytt er í heiminum að koma úr eldisstöðvum og því er spáð að framleiðsla eldisfisks muni tvöfaldast á næstu áratugum.

Sannast svo það sem margreynt er að skógar eru til margra hluta nytsamlegir.

Texti: Pétur Halldórsson




banner1