Česká republika
Média

Přírodní kvalita? Hledání nových průmyslových biosurovin

Pampeliškový pohon
Pneumatika vyrobená z pampelišek? Předběžné testy potvrzují, že kořeny kavkazské pampelišky kok sagyz se mohou uplatnit při výrobě přírodní gumy. Jedná se o výsledky společného projektu výrobce pneumatik společnosti Continental, vědeckého institutu Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology v německém Münstru a dalších partnerů projektu. První pampeliškové pneumatiky však na ulicích nepotkáme dříve než za pět let.

Omezené množství přírodních zdrojů a rostoucí světová populace si nutně žádají nové způsoby myšlení. Jedním z příkladů může být použití biologických produktů, ať už na bázi dřeva, jako jsou odřezky, pampelišek a glukóza, coby komplementů k ropnému základu. Bioekonomika prožívá po celém světě období dynamického rozvoje. Nicméně v této oblasti nás čeká ještě mnohaletý výzkum a vývoj. Kdy můžeme považovat obnovitelné zdroje za skutečně kvalitní?

Frakta znamená přepravovat – což přesně vystihuje poslání stejnojmenné tašky od švédské nábytkářské firmy IKEA. Tuto objemnou, bytelnou a lehce omyvatelnou tašku navrženou v typicky modré barvě má doma mnoho zákazníků společnosti. Její využítí je mnohostranné, od ukládání lahví, přes použití při stěhování, popřípadě jako prádelní koš, nákupní tašku až po náhražku kufru. V současnosti se vyrábí z plastu na bázi ropy, zčásti z panenského polypropylenu, což se má ale brzy změnit: Do roku 2020 plánuje IKEA vyrábět veškeré své plastické výrobky – včetně tašek, dětských hraček a úložných krabic – z obnovitelných a/nebo recyklovaných materiálů. Nebude to snadné. Existují oblasti jako zejména potravinové obaly nebo dětské hračky, u kterých předpisy týkající se ochrany zdraví vylučují použití recyklovaných plastů v jejich dnešní podobě. Je třeba hledat alternativy. „Snažíme se přejít od plastů na olejové bázi k recyklovatelným surovinám. Tím pádem by naše výrobky mohly být stoprocentně tvořeny polymery na biobázi jako například polylaktidem nebo jinými kombinacemi řady biomateriálů. V některých případech je možné je začít postupně kombinovat s plasty na olejové bázi,” vysvětluje Puneet Trehan, vedoucí oddělení pro inovace a vývoj materiálu v IKEA. Nejbližším cílem, dodává, je obsah biomateriálu v poměru 40 až 60 %.

Play our quiz

Which renewable raw material can be turned, entirely or partially, into which product?

Doplňky surové nafty

Biomateriály především: IKEA není zdaleka jedinou společností, která se snaží přejít na bioplasty. Téměř sto let po vynálezu první syntetické umělé hmoty – bakelitu, po které následovaly tisíce dalších, se vývojáři začínají soustředit na nový druh plastů. Budoucnost by měla přinést plasty vysoce kvalitní, nicméně vyrobené z obnovitelných zdrojů, materiálů rostlinného původu, organického odpadu a z mikroorganismů. Společnost LEGO například uvedla, že má do roku 2030 v plánu přejít na plastové kostky vyrobené z alternativních materiálů. Za tímto účelem, jak firma oznámila v roce 2015, plánuje investovat v přepočtu kolem 135 milionů EUR na založení vlastního centra pro udržitelné materiály. V roce 2009 spustila Coca-Cola výrobu pomocí technologie PlantBottleTM a brzy poté udělila licenci na tuto technologii jiným velkým společnostem, jako např. výrobci kečupu H. J. Heinz či automobilce Ford Motor Company. Při výrobě polyethylentereftalátových (PET) lahví se původně používalo maximálně 30 % složky rostlinného původu. Coca-Cola si klade za cíl vyrábět lahve PlantBottleTM pouze pomocí obnovitelných zdrojů. V příštím desetiletí by se tento cíl měl týkat všech PET lahví, což je zhruba 60 % objemu veškerých obalů, které CocaCola používá.

Společnost LEGO plánuje zvýšit obsah obnovitelných surovin ve stavebních kostkách.

Jedno z řešení, které umožňuje, aby plastové lahve obsahovaly 100 % obnovitelných surovin, nabízí společnost Synvina. Tento nedávno zřízený společný podnik BASF a holandské firmy Avantium produkuje chemické stavební bloky kyseliny furandicarboxylicové (FDCA) z fruktózy. FDCA hraje důležitou roli při produkci polyethylen-furanátu (PEF), který se používá při výrobě nápojových lahví a potravinových obalů. PEF láhve mají některé unikátní vlastnosti: nejenže jsou zcela bio v porovnání s lahvemi vyrobenými z PET, navíc nabízejí lepší bariéru vůči plynům jako je oxid uhličitý a kyslík, což vede k delší trvanlivosti balených nápojů.

Automobilový průmysl se rovněž vrací zpět ke kořenům: Ve svých počátcích pracoval s biomateriály – o čemž svědčí i model automobilu Henryho Forda z roku 1930 s kostrou z konopných vláken. Ale po schválení zákona o dani z marihuany v roce 1937 ve Spojených státech se Ford ocitl pod příliš velkým tlakem a vývoj byl zastaven. V současné době se znovu zvedá vlna zájmu týkajícího se snížování emisí uhlíku snížením váhy vozidla díky použití přírodních materiálů jako je konopí, sisal, kenaf a len. Při výrobě plastu pro jednotlivé komponenty se objevuje stále více relativně nenákladných přírodních vláken namísto složek z uhlíku nízké hmotnosti nebo skelných vláken.

Dřevo v tekuté forměI tradiční materiály mohou otevírat dveře netušených možností: z ligninu, polymerické organické sloučeniny, se vyrábí tekuté dřevo, které lze tvarovat pomocí metody vstřikování plastů. Materiál se používá pro výrobu krytů na sluchátka, například těchto od firmy Audioquest, obložení reproduktorů či mobilních telefonů. Z odpadu při zpracování dřeva je každoročně vyrobeno přibližně 50 miliónů krychlových tun ligninu.

Snižování uhlíkových emisí

Současná ekonomika spoléhající se převážně na fosilní zdroje stále více naráží na své hranice. Změna klimatu a s ním související nutnost snížit emise skleníkových plynů s sebou nesou nutnost přehodnotit situaci. „Bioprodukty jsou naší jedinou alternativou. Bez biohospodářství zřejmě není dlouhodobý cíl zemí G7 eliminovat emise oxidu uhličitého dosažitelný,“ říká Waldemar Kutt, Ph.D., vedoucí oddělení biologických produktů a procesů na generálním ředitelstvím Evropské komise pro výzkum a inovace. Důvodem je skutečnost, že rostliny absorbují oxid uhličitý ze vzduchu prostřednictvím fotosyntézy. „Když používáme tento uhlík získaný z rostlin nebo mikrobiální biomasy na výrobu našich produktů, odstraňujeme CO2 z oběhu, plně v souladu s jeho přirozeným biologickým cyklem. V případě ropy, která vznikala v půdě po miliony let, tomu tak není a žádné výhody pro snižování emisí CO2 z procesu výroby neplynou,“ vysvětluje Ramani Narayan, profesor chemického inženýrství a věd o materiálech na Michigan State University v USA.

Ropu nemůžeme ničím zcela nahradit, ale i částečná substituce je pozitivním krokem vpřed směrem ke snížení naší uhlíkové stopy. „Pokud bychom nahradili jen 20 procent uhlíku používaného při výrobě lahví o celkovém množství přibližně 37,5 miliónů tun na celém světě biologickým uhlíkem, pak by došlo k absorbci 17,2 miliónů tun CO2 z okolního prostředí. To se rovná úspoře asi 40 milionů barelů ropy,“ dodává Narayan.

Kultivace brambor: Čínským zemědělcům, kteří začali namísto nekompostovatelných mulčovacích fólií používat rozložitelné fólie značky ecovio®, se podařilo podstatně zvýšit výnosy.

Rostoucí výroba produktů na biobázi

Existují dva termíny, na které spotřebitelé znovu a znovu narážejí, hovoříme-li o bioplastech: plasty na biobázi a biologicky rozložitelné plasty. Plasty na biobázi se vyrábějí z obnovitelných surovin, ale nemusí být nutně biologicky odbouratelné. Jejich rozklad může trvat i tak dlouho jako u konvenčních plastů. Na druhé straně plasty vyrobené z ropy nebo zemního plynu mohou být biologicky rozložitelné (viz rámeček). „Jsme svědky rostoucí poptávky po produktech na biobázi a přistupujeme k nim pomocí nových technologií a inovací. Zároveň rozšiřujeme naše portfolio o biologicky rozložitelné materiály,“ říká Carsten Sieden, Ph.D., vedoucí výzkumné jednotky bílé biotechnologie BASF. V současnosti představují bioplasty stále jen malý tržní segment. Tvoří méně než 1 % z 300 miliónů tun plastů vyráběných každoročně po celém světě. Ale podle tržních dat průmyslového sdružení European Bioplastics by toto číslo mělo v nadcházejících letech rychle růst. Současná globální výrobní kapacita, přibližně 2 milióny tun (2015,) by se měla do roku 2019 téměř zčtyřnásobit na zhruba 7,8 miliónu tun. Lví podíl (kolem 80 procent) přitom mají bioplasty, které jsou vyrobeny z biologických surovin, avšak nejsou biologicky rozložitelné nebo kompostovatelné.

Rozložitelné plasty se mimo jiné používají v organických pytlích na odpadky a v zemědělských mulčovacích fóliích. Kompostovatelný plast ecovio® společnosti BASF už prokazuje své výhody v čínském zemědělství. V Číně totiž začíná být konvenční technika využívající mulčovací fólie vyráběné z nerozložitelných polyethylenových plastů vážným ekologickým problémem. Fólie napomáhají růstu rostlin udržováním tepla a vlhkosti v půdě, ale po sklizni zůstávají na polích z fólií zbytky v podobě malých tenkých proužků. Tyto plastové kousky po zaorání brzdí růst kořenů a tím snižují budoucí výnosy.

Zemědělcům, kteří přešli k používání biologicky rozložitelných mulčovacích fólií vyrobených z materiálu ecovio®, se znovu podařilo dosáhnout lepších výnosů. Tento fakt také prokázaly výsledky rozsáhlých experimentů, které společnost BASF provádí již léta ve spolupráci s místními partnery a organizacemi. Například na testovacím bramborovém poli v provincii Guangdong byl výtěžek zvýšen o 18 % při současném snížení nákladů na sklizeň o 11 %.

Politické strategie

Jak můžeme stále rostoucí populaci zajistit uspokojení každodenních základních potřeb, jako například zásob potravin a energie, při omezeném množství zdrojů? Političtí, stejně jako průmysloví činitelé se snaží nalézt odpovědi na klíčovou otázku 21. století právě prostřednictvím bioekonomiky. Všechny země G7 již zahájily příslušné iniciativy a některé podnikají v tomto směru velmi energické kroky. Kupříkladu americká vláda USA vydala v roce 2012 plán pro národní bioekonomiku National Bioeconomy Blueprint, ve kterém formulovala jako „hlavní pohon“ ekonomického růstu výzkum a komercializaci věd týkajících se bioproduktů. V témže roce schválilo Japonsko strategii industrializace biomasy, akční plán, který stanoví sedm iniciativ s jasnými časovými plány a cíly. Japonská strategie má v úmyslu podpořit nejen rozvoj technologie nových biorafinerií, ale i biologických zdrojů, kupříkladu mikroskopických řas. Ve střednědobém horizontu je zdůrazňována důležitost nových průmyslových technologií, přičemž krátkodobou prioritou je zajištění dodávek energie na biobázi.

Reaktor na výrobu biomasy využívající mořské řasy: Političtí a průmysloví činitelé hledají odpovědi týkající se problému přírodních zdrojů v biohospodářství.

V neposlední řadě je významným nadnárodním hráčem v rámci tohoto názorového posunu také Evropská unie. Téměř před pěti lety představila svou strategii týkající se bioekonomiky a akční plán pro evropské biohospodářství. O dva roky později zahájila Evropská komise technologický projekt Bio­Based Industries jako hlavní investiční iniciativu pro rok 2014. Do projektu je zapojeno přibližně 70 firem z oblasti zemědělství, lesnictví, chemických a energetických odvětví, stejně jako dodavatelé technologií vystupující v roli průmyslových partnerů. Tato iniciativa má v plánu do roku 2020 investovat zhruba 3,7 miliard EUR do komercializace nových bioproduktů a procesů.

Ovšem nejen hlavní průmyslové země plánují částečný posun směrem k bioproduktům. Méně známým faktem je, že přibližně 45 zemí celého světa již vypracovalo své vlastní strategie za účelem částečného přechodu na systém využívající obnovitelných zdrojů a biologických výrobních procesů. Například Uganda podporuje využívání obnovitelných zdrojů energie, biotechnologií a biomasy, zatímco Malajsie klade důraz na přechod k produktům na biobázi.

Móda z mléka
Anke Domaske, mikrobioložka a módní návrhářka, dokáže využít mléko nehodící se k potravinářským účelům k výrobě oblečení. Základem jí navrženého vlákna QMilk je práškový kasein, jeden z mléčných proteinů. Takto vzniklé biovlákno je velmi jemné, plně kompostovatelné – a teoreticky take jedlé.

Otázka udržitelnosti

Nicméně posun směrem k biohospodářství je také často předmětem kritiky. Témata jako „potraviny vs. palivo“, využívání půdy a odpovídajících zdrojů nezbytných pro kultivaci či spravedlivé pracovní podmínky hrají ústřední roli v probíhajících diskuzích věnujících se obnovitelným zdrojům. V současné době existují náznaky, že stále roste význam biomasy druhé generace – tzv. nepotravinářské biomasy. V žádném případě však nelze konstatovat, že suroviny jako řepka (řepkový olej), kukuřice a další, spadající do první generace, mohou být zcela nahrazeny. „Pokud budeme biohospodářství a průmyslová odvětví věnující se bioproduktům rozvíjet správným způsobem, můžeme využít jejich potenciál k zajištění dostatku potravin, krmiv, vlákniny a dalších materiálů, které potřebujeme,“ říká Joanna Dupont-Inglis, ředitelka sekce průmyslové biotechnologie ve společnosti EuropaBio. „Nicméně nikdy nebudeme mít žádný ‚univerzální’ recept, protože biohospodářství je neuvěřitelně rozmanitá oblast, a proto je nutné používat různé suroviny v různých zemích různým způsobem. Kromě toho jsme si jisti, že dokážeme najít nová řešení vedoucí k minimalizaci odpadu i k jeho využití jako nevyhnutelné složky.“

Nylon ze dřeva, pneumatiky z pampelišek, maziva z bodláků – biomasa druhé generace se skládá převážně z nejedlých částí rostlin, organického odpadu a zbytků. Podle Organizace spojených národů vzniká ročně asi 5 miliard tun biomasy v podobě zemědělského odpadu. Jelikož není vhodné ho využít v potravinářství, může se uplatnit coby surovina.

Mikroskopický snímek bakterie Basfia succiniciproducens. Tento mikroorganismus produkuje kyselinu jantarovou, která je důležitou složkou biologicky rozložitelných plastů.

Správná cena

V biohospodářství se skrývá velký teoretický potenciál: impuls inovacím díky aplikaci klíčových technologií, lepší výkon, nová pracovní místa, nižší emise oxidu uhličitého. Na druhou stranu bychom je ale neměli přeceňovat. „Biohospodářství nám nemůže poskytnout rychlou a jednoduchou odpověď na všechny naše problémy, ale může pomoci řešit některé z největších společenských a environmentálních výzev, kterým čelíme,“ říká Joanna Dupont-Inglis a dodává: „Všech 100 000 druhů chemických látek, které v současné době používáme, můžeme teoreticky vyrábět z obnovitelných zdrojů uhlíku namísto z fosilního uhlíku. Při plánování biohospodářství budoucnosti musíme samozřejmě také vzít v úvahu všechny tři pilíře udržitelného rozvoje, tedy přínosy životnímu prostředí, společnosti a ekonomice, a zhodnotit je vždy případ od případu.“ Výzkumný pracovník společnosti BASF Sieden dodává: „Jednou z pák usnadňujících přesun k biohospodářství je dostatečné množství produktu za konkurenceschopné ceny. Ale co je nejdůležitější, rozvinutý bioprůmysl je velkou příležitostí pro inovace. A my chceme tento potenciál ve výzkumu využít co nejlépe.“

Stále více zákazníků má zájem o bioprodukty. „Je to skvělá příležitost rozšířit naši surovinovou základnu. Ale nejde o proces, který bychom mohli uskutečnit přes noc,“ vysvětluje Sieden. Více než půl desetiletí trvalo, než se výzkumu a vývoji podařilo učinit z kyseliny jantarové na biobázi – vyrobené z bakterie Basfia succiniciproducens – komerční produkt. Tato kyselina tvoří důležitou složku biologicky odbouratelných plastů, nátěrových hmot a polyurethanů, které mohou být použity k výrobě matrací, podlahových krytin či automobilových sedadel. Succinity, společný podnik BASF a nizozemské společnosti Corbion, provozuje od roku 2014 ve španělském Montmeló závod s roční výrobní kapacitou 10 000 tun kyseliny jantarové vyráběné na biobázi a prodávané na světových trzích.

Otázka zajištění dostatečného množství výrobků je také klíčovým úkolem vedoucího ve firmě IKEA, Puneeta Trehana. On sám nicméně spatřuje nezanedbatelný pokrok svého sektoru i v oblasti nákladů. „Naše zkušenosti ukazují, že pokud je mezi firmami hodnotový řetězec správně správně zorganizován, můžeme dosáhnout nákladů, které nám zajistí konkurenceschopnost,“ říká. Podle jeho názoru existuje aspekt, na který je potřeba se zaměřit především: „Vždycky musíte mít obchodního partnera, který sleduje stejný cíl jako vy.“ Ve světě biohospodářství není možné fungovat podle starého systému. „Změnu, která v současnosti probíhá, bychom mohli nazývat ‚průmyslová evoluce’,“ doplňuje Joanna Dupont-Inglis. „Hledání řešení bioproduktů zahrnujících obnovitelné materiály a efektivní využití zdrojů si vyžádá zcela bezprecedentní úroveň spolupráce v celé řadě různých odvětví a sektorů.“

Renewable raw materials in use

It doesn’t always have to be crude oil. We show how products made entirely or partly from renewable raw materials have already established their place in our everyday lives – or will in the future.

Související obsah

Tři otázky pro Nikolause Rauppa

Přírodní způsoby ochrany rostlin