Zrównoważone tworzywa ze źródeł naturalnych

„Biała biotechnologia”, nazywana również biotechnologią przemysłową, to termin opisujący produkcję organicznych związków chemicznych i/lub substancji czynnych za pomocą zoptymalizowanych mikroorganizmów (drożdży lub bakterii) i/lub enzymów. Oferuje wiele różnych korzyści, pozwalając naukowcom opracować zrównoważone i wydajne rozwiązania w wielu branżach, na przykład produkcji ekologicznych biopaliw, biotworzyw oraz substancji chemicznych pochodzenia naturalnego, z których wszystkie zmniejszają zależność od paliw kopalnych i minimalizują wpływ środowiskowy.

Ponadto biała biotechnologia ułatwia tworzenie wydajniejszych i oszczędnych procesów produkcyjnych, co prowadzi do zmniejszenia zużycia energii, redukcji strat oraz całkowitego wykorzystania zasobów. Dzięki istnieniu innowacyjnych zastosowań w branży tkwi potencjał do przeprowadzenia tranzycji ku bardziej ekologicznej i zrównoważonej gospodarce oraz rozwiązywania globalnych wyzwań przy jednoczesnym promowaniu zaawansowanych technologii.

Biała biotechnologia przyczynia się również do opracowywania bezpieczniejszych i zdrowszych artykułów konsumenckich. Odgrywa wiodącą rolę przy produkcji enzymów na potrzeby detergentów, tekstyliów oraz przetwarzania żywności, poprawiając wydajność tych procesów, a jednocześnie minimalizując potrzebę stosowania żrących substancji chemicznych.

GEA od zawsze była zainteresowana rozwijaniem innowacyjnych metod, zwłaszcza gdy pomagają one oszczędzać zasoby oraz umożliwiają przyjazną dla środowiska produkcję rozwiązań alternatywnych wobec klasycznych ropopochodnych produktów chemicznych. Od samego początku wierzyliśmy w tę nową technologię, która była tematem ożywionych debat podczas kongresów. Wyrosła ona z doświadczeń wielu działów i oczywiście dzięki naszemu firmowemu centrum technologicznemu, w którym testujemy i wdrażamy nowatorskie teorie.

Kluczowym elementem były substancje chemiczne pochodzenia naturalnego oraz biorafinacja — proces polegający na wykorzystaniu mikroorganizmów do zamiany naturalnych surowców odnawialnych (takich jak skrobia, cukier, celuloza czy biomasa z odpadów) w różnorakie produkty pośrednie i końcowe. Przedmiotem szczególnego zainteresowania były biopolimery. Dla wyjaśnienia przypomnijmy, że podczas gdy zwykłe polimery obejmują dowolną klasę substancji naturalnych lub syntetycznych zbudowanych z bardzo dużych makroczsteczek, ich „bio” kuzyni są albo chemicznie syntetyzowani z materiału biologicznego, albo całkowicie biosyntetyzowani przez organizmy żywe. Te przyjazne środowiskowo zastępniki polimerów ropopochodnych mogą być używane między innymi do wytwarzania zrównoważonych tworzyw sztucznych. 

Plastik na „Tak”. Ropa na „Nie!”

Biopolimery są zawsze pozyskiwane z surowców odnawialnych. Ale termin ten jest ambiwalentny, Z jednej strony używa się ich do produkcji nowatorskich substancji, które są całkowicie biodegradowalne. Jest to bardzo pożądane w przypadku produkcji opakowań do dań na wynos lub paczek do wysyłki artykułów od sprzedawców online. Z drugiej strony produkty takie jak komponenty samochodowe muszą być solidne, niezawodne i odporne przez maksymalnie długi czas. Elastyczną odpowiedzią są biopolimery: mogą być używane do produkcji tworzyw, które są jednocześnie wytrzymałe i spełniają takie same standardy bezpieczeństwa jak materiały wykonane z polimerów ropopochodnych. Kolejną zaletą biopolimerów jest fakt, że istniejące procesy można łatwo dostosować do ich produkcji. Sektory żywności i paszy od dawna są zainteresowane produkcją i wykorzystaniem aminokwasów. Lizyna jest na przykład używana jako pasza dla bydła. Zmniejsza zużycie soi, mączki rybnej i serwatki oraz prowadzi do zrównoważonego odżywiania zwierząt. Procesy konwersji enzymatycznej łączą aminokwasy, takie jak lizyna, tworząc biopolimery, które następnie mogą zostać użyte do produkcji nylonu zamiast paszy.

Naturalne elektrownie: bakterie

Proces wytwarzania biopolimerów również przebiega naturalnie. „Robią to dla nas mikroorganizmy” – wyjaśnia kierownik ds. sprzedaży produktu, Jens Bühring, specjalista w branży technologii separacji odśrodkowej. „W zbiorniku fermentacyjnym mikroorganizmy są najpierw karmione cukrem lub skrobią, a następnie produkują żądane produkty pośrednie, czasami nawet gotowe polimery”.

Znajomy specjalista ds. oddzielania, Burkhard Schiemann, dodaje: „Aby zmotywować nasze bakterie do produkcji biopolimerów, najpierw zapewniamy idealne warunki środowiskowe. Innymi słowy karmimy je tlenem, cukrem i minerałami. Wtedy bakterie czują się komfortowo i rozmnażają. Kiedy w fermentatorze jest wystarczająco dużo organizmów, zmieniamy te bardzo sprzyjające warunki, usuwając cukier z podłoża hodowlanego lub zmieniając pH ich środowiska”.

Powoduje to wzrost niepokoju wśród bakterii: uzmysławiają sobie, że coś się zmieniło i prawdopodobnie czekają je „złe czasy”. W ramach mechanizmu przetrwania organizmy przechowują pewne substancje. Mogą to być na przykład polimery. „Dla bakterii są to zasoby awaryjne przygotowywane na niespodziewaną sytuacje, a dla nas to cenny i uniwersalny związek chemiczny, który jest bardzo interesujący” – dodaje Burkhard. 

Pełna moc odśrodkowa dla zapewnienia większego zrównoważenia

Aby zamienić naturalnie produkowane polimery w konkurencyjny produkt, firmy często wybierają technologię separacyjną od GEA. „Odwirowywanie zapewnia wiele korzyści, aby z powodzeniem korzystać z tych naturalnych fabryk w sposób ekonomiczny” – informuje Jens Bühring. „Jako mechaniczny proces umożliwiający separację biomasy — tzn. łącznej ilości lub wagi organizmów na danym obszarze lub w danej objętości — separatory działają w sposób przyjazny dla zasobów i bardzo wydajny. Bez względu na to, czy pracujemy z surowcem czy przetwarzamy produkt pośredni, GEA ma w danym obszarze duże doświadczenie oraz dostarcza sprzęt do przetwarzania na etapach dalszego szczebla... aż do produktu końcowego”.

Korzyści są wielostronne: „Nasi klienci są już bardzo zaznajomieni z wieloma etapami procesów wyższego szczebla, takimi jak przetwarzanie i fermentacja materiału, oraz mają wymagane doświadczenie i urządzenia. Wykonując tylko kilka dodatkowych etapów ten sam klient może teraz uzyskać dostęp do jeszcze jednego rynku” – mówi Burkhard Schiemann.

Przykładem może być kwas mlekowy. Nie licząc jego tradycyjnego zastosowania jako substancji zakwaszającej w branży żywności oraz napojów i alkoholi, jest on teraz szeroko używany jako składnik biologicznego i biodegradowalnego tworzywa o nazwie polikwas mlekowy (PLA) dzięki aktywnemu wsparciu GEA.

„Pomożemy też naszym klientom z opracowywaniem procesu” – mówi Jens Bühring: „Ma to wiele korzyści, ponieważ procesy przebiegające idealnie w skali laboratoryjnej nie zawsze przekładają się na skalę (lub możliwości) przemysłowe. Aby uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek, chętnie posłużymy doświadczeniem i właściwym sprzętem GEA... ponieważ nic nie jest bardziej ekonomiczne i wydajne niż wspólne planowanie procesów”.