Slovensko
Médiá

Prirodzene dobré? Hľadanie nových biologických surovín pre priemysel

Pneumatiky z púpavy
Automobilová pneumatika vyrobená z púpavy? Úvodné testy preukázali, že korene ruskej púpavy môžu slúžiť ako surovina pre prírodný kaučuk. Také sú zistenia spoločného projektu výrobcu pneumatík Continental a Fraunhoferovho inštitútu molekulárnej biológie a aplikovanej ekológie v nemeckom Münsteri a ďalších partnerov. Potrvá však najmenej päť rokov, kým do ulíc vyrazia prvé pneumatiky z púpavy.

Obmedzené zdroje a rastúca svetová populácia si vyžadujú nové spôsoby myslenia. Jedným z príkladov je využívanie biologických produktov ako napríklad drevený šrot, púpavy či glukóza ako doplnkov k rope. Vo svete sa postupne rozmáha biohospodárstvo. Napriek značnému úspechu je však potrebné vynaložiť ešte veľa úsilia v oblasti výskumu a vývoja. Kedy sú obnoviteľné zdroje naozaj dobré?

Frakta znamená po švédsky niesť alebo prepraviť – a presne na to je určená taška, ktorá nesie tento názov. Kultová modrá nákupná taška od švédskeho predajcu nábytku IKEA je veľká, mohutná, ľahko sa čistí, a nájde sa bezpochyby v nejednej domácnosti. Používa sa na rozmanité účely, napríklad na uskladnenie fliaš či sťahovanie, ako kôš na bielizeň alebo taška na nákup, ba dokonca poslúži aj namiesto kufra. Zatiaľ sa táto viacúčelová taška vyrába z umelej hmoty na báze ropy, sčasti z panenského polypropylénu. To sa však má čoskoro zmeniť: do roku 2020 chce spoločnosť IKEA dosiahnuť stav, keď bude vyrábať všetky svoje plastové produkty – vrátane tašiek, detských hračiek a úložných boxov – z obnoviteľných a/alebo recyklovaných materiálov. Nebude to však ľahké. Najmä pri aplikáciách v citlivých oblastiach, ako sú obaly potravín či detské hračky, kde je nevyhnutné vo zvýšenej miere dbať na ochranu zdravia, bezpečnostné požiadavky hovoria, že dnešné recyklované plasty neprichádzajú do úvahy. Potrebujeme alternatívy. „Tu sa snažíme nahrádzať plasty vyrobené z ropy plastovými hmotami z obnoviteľných surovín. To by mohlo znamenať 100-percentné biologické polyméry, ako je polylaktid či ďalšie kombinácie rôznych biologických materiálov. V niektorých prípadoch sú v prvom kroku možné aj zmesi s ropnými plastmi,“ vysvetľuje Puneet Trehan, vedúci odboru vývoja a inovácií materiálov v spoločnosti IKEA. Počiatočným cieľom je podľa jeho slov dosiahnuť percentuálny pomer biologických surovín voči neobnoviteľným 40:60.

Zahraj si náš kvíz

Vieš aké obnoviteľné zdroje môžeme čiastočne alebo úplne zmeniť na ktorý produkt?

Doplnok k rope

Bio namiesto petro: IKEA nie je jedinou spoločnosťou, ktorá si dala záväzok používať biologické plasty. Vyše 100 rokov po objave prvého úplne syntetického plastu s názvom bakelit, po ktorom čoskoro nasledovali tisíce ďalších, sa vedci a výrobcovia obracajú vo svojom výskume novým smerom. Výrobky zajtrajška majú mať vysokú kvalitu, ale musia byť vyrobené z obnoviteľných zdrojov, rastlín, organického odpadu či mikroorganizmov.

Napríklad spoločnosť LEGO, známy výrobca hračiek, sa vyjadrila, že od roku 2030 chce vyrábať svoje plastové stavebnice z alternatívnych materiálov. Aby sa jej to podarilo, v roku 2015 spoločnosť oznámila, že investuje v prepočte okolo 135 miliónov eur na založenie vlastného Centra pre udržateľné materiály. Spoločnosť Coca-Cola zasa v roku 2009 uviedla na trh svoju technológiu PlantBottleTM a krátko nato udelila licenciu na jej používanie aj ďalších veľkým spoločnostiam, ako je výrobca kečupov H.J. Heinz či automobilka Ford Motor Company. Fľaša PET z polyetyléntereftalátu sa spočiatku skladala z 30 percent materiálu rastlinného pôvodu. Cieľom spoločnosti Coca­Cola je vyrábať fľašu s technológiou PlantBottle výlučne z obnoviteľných zdrojov. V nasledujúcom desaťročí by sa to malo týkať všetkých plastových fliaš PET, ktoré predstavujú približne 60 percent všetkých obalov spoločnosti Coca­-Cola.

Spoločnosť LEGO plánuje pri výrobe stavebníc používať viac plastov z obnoviteľných surovín.

Jedno z riešení, ktoré umožňuje vyrábať plastové fľaše zo 100 percent obnoviteľných surovín, ponúka spoločnosť Synvina. Tento nedávno vytvorený spoločný podnik medzi spoločnosťou BASF a holandskou spoločnosťou Avantium vyrába chemický stavebný blok kyseliny furán-dikarboxylovej (FDCA) z fruktózy. Kyselinu FDCA možno použiť na výrobu polyetylénfuranoátu (PEF), ktorý sa dá zapracovať do fliaš na nápoje a potravinových obalov. Fľaše PEF majú jedinečné vlastnosti: nielenže sú 100-percentne biologického pôvodu, ale v porovnaní s fľašami PET majú lepšie bariérové vlastnosti pre plyny ako oxid uhličitý alebo kyslík, vďaka čomu majú balené nápoje dlhšiu trvanlivosť.

Automobilový priemysel sa taktiež snaží vrátiť k svojim koreňom: vo svojich začiatkoch totiž automobilový priemysel pracoval s biologickými materiálmi – o čom svedčí automobil, ktorý vyvinul Henry Ford v 30. rokoch minulého storočia s karosériou z konopných vlákien. Avšak po prijatí zákona o dani z marihuany v roku 1937 v Spojených štátoch amerických sa tlak na spoločnosť Ford zvýšil do takej miery, že vývoj v tomto smere sa zastavil. Dnes však opäť pozorovať záujem o myšlienku znižovania uhlíkových emisií z automobilov prostredníctvom znižovania ich hmotnosti vďaka používaniu prírodných materiálov, ako je konope, agáva sisalová, africké konope či ľan siaty. Čoraz viac sa komponenty vyrábajú z relatívne menej nákladných plastov z prírodných vlákien namiesto odľahčených stavebných materiálov z uhlíka či skleného vlákna.

Skvapalnené drevoTradičný materiál vytvára nové možnosti: tekuté drevo, vyrobené prevažne z polyméru lignínu, je možné vytvarovať do akejkoľvek formy pomocou techniky vstrekovania plastov. Možno ho použiť na výrobu krytov pre slúchadlá, ako napríklad od firmy Audioquest, alebo puzdier na reproduktory či mobilné telefóny. Každoročne vznikne pri výrobe papiera približne 50 miliónov metrických ton lignínu vo forme odpadu.

Znižovanie uhlíkových emisií

Ekonomika založená na fosílnych palivách čoraz viac naráža na svoje hranice. Klimatické zmeny a s tým súvisiaca potreba znižovania skleníkových plynov znamená, že nastal čas zmeniť myslenie. „Jedinou alternatívou sú už len biologické produkty. Dlhodobý cieľ krajín G7 na odstránenie emisií oxidu uhličitého zrejme nie je bez biohospodárstva možné dosiahnuť,“ hovorí Waldemar Kütt, PhD, vedúci Oddelenia biologických produktov a procesov na Generálnom riaditeľstve Európskej komisie pre výskum a vývoj. Dôvodom je, že rastliny pohlcujú oxid uhličitý zo vzduchu prostredníctvom fotosyntézy. „Keď použijeme tento uhlík získaný z rastlín alebo mikrobiálnej biomasy pri výrobe našich produktov, v skutočnosti odstraňujeme z prostredia CO2, čo je v súlade s prirodzeným biologickým uhlíkovým cyklom. V prípade ropy však k takémuto niečomu nedochádza, pretože tá sa formovala milióny rokov a pri znižovaní CO2 neponúka žiadne výhody,“ vysvetľuje Ramani Narayan, profesor chemického inžinierstva a materiálových vied na Michiganskej štátnej univerzite v USA.

Ropu sa nám nepodarí nahradiť úplne, ale už aj čiastočná náhrada je pozitívnym krokom smerom k zníženiu našej uhlíkovej stopy. „Ak by sa len 20 percent uhlíka prítomného v zhruba 37,5 milióne metrických ton PET, ktorý sa používa vo svete na výrobu fliaš, nahradilo biologickým uhlíkom, pohltilo by sa tým z prostredia 17,2 milióna metrických ton CO2. To by sa rovnalo úspore približne 40 miliónov barelov ropy,“ hovorí Narayan.

Pestovanie zemiakov: čínskym pestovateľom, ktorí prešli z používania nekompostovateľnej mulčovacej fólie na biologicky rozložiteľný produkt ecovio® sa podarilo významne zvýšiť svoje výnosy.

Rastúca výrobná kapacita biologických produktov

Pokiaľ ide o bioplasty, spotrebitelia opakovane narážajú na dva výrazy: biologické a biologicky rozložiteľné. Biologické plasty sú vyrobené z obnoviteľných surovín, ale nemusia byť biologicky rozložiteľné. Dokonca môžu byť rovnako trvácne ako bežné plasty. Naopak, plasty vyrobené z ropy alebo zemného plynu môžu byť biologicky rozložiteľné (pozri infobox). „Sme svedkami narastajúceho dopytu po biologických produktoch, ktorý sa snažíme uspokojiť novými technológiami a inováciami. Zároveň rozširujeme svoje portfólio biologicky rozložiteľných materiálov,“ hovorí Carsten Sieden, PhD, vedúci výskumnej jednotky spoločnosti BASF pre biele biotechnológie.

Zatiaľ bioplasty predstavujú len nepatrnú časť trhu. Tvoria menej než jedno percento z 300 miliónov metrických ton plastov, ktoré sa každoročne vyrobia vo svete. Avšak podľa trhových údajov priemyselného združenia European Bioplastics by sa toto číslo malo v nadchádzajúcich rokoch prudko zvýšiť. Celosvetová výrobná kapacita približne dvoch miliónov metrických ton (2015) by mala do roku 2019 stúpnuť takmer štvornásobne, približne na 7,8 milióna metrických ton. Leví podiel (približne 80 percent) tvoria bioplasty, ktoré sa vyrábajú z biologických surovín, ale nie sú biologicky rozložiteľné ani kompostovateľné.

Biologicky rozložiteľné plasty sa používajú okrem iného na výrobu vriec na organický odpad či poľnohospodárskej mulčovacej fólie. Napríklad kompostovateľný plast ecovio® od spoločnosti BASF dokazuje svoje výhody v čínskom poľnohospodárstve. Tradičná technika používania mulčovacej fólie z biologicky nerozložiteľného polyetylénového plastu predstavuje v Číne čoraz väčší problém pre životné prostredie. Fólia udržiava v pôde teplo a vlahu, čím napomáha rastu rastlín, ale problém je, že všetka fólia zostáva na poliach v podobe malých úzkych prúžkov. Keď sa zaorie, kúsky plastu bránia rastu koreňov, a tým znižujú budúce výnosy.

Poľnohospodári, ktorí prešli na používanie biologicky rozložiteľnej mulčovacej fólie vyrobenej z plastu ecovio, dokázali opäť zvýšiť svoje výnosy. Dokázali to aj rozsiahle experimenty, ktoré už celé roky vykonáva spoločnosť BASF v spolupráci s miestnymi partnermi a organizáciami. Napríklad na jednom testovacom poli so zemiakmi v provincii Kuang-tung sa zvýšili výnosy o 18 percent, čím sa zároveň znížili náklady na zber o 11 percent.

Politické stratégie

Ako možno vzhľadom na obmedzené zdroje zabezpečiť, aby mala rastúca populácia dostatočné pokrytie základných denných potrieb, ako sú potraviny a energia? V snahe nájsť odpoveď na túto základnú otázku 21. storočia politickí činitelia aj predstavitelia priemyslu skúmajú možnosti biohospodárstva. Všetky krajiny G7 už spustili príslušné iniciatívy, a niektoré dokonca zaviedli veľmi rozhodné stratégie. Napríklad americká vláda v roku 2012 zverejnila Národný plán pre biohospodárstvo, v ktorom vyhlásila výskum a komercializáciu v oblasti biologických vied za „hlavný hnací motor“ amerického hospodárskeho rastu. V tom istom roku Japonsko prijalo Stratégiu industrializácie biomasy, čo je akčný plán, ktorý stanovuje sedem iniciatív s jasnými cieľmi a časovým harmonogramom. Politika Japonska sa zameriava na pokrok v oblasti rozvoja nových technológií biorafinérií ako aj biologických zdrojov, ako sú mikroriasy. Strednodobým cieľom je dôraz na nové priemyselné technológie, zatiaľ čo krátkodobou prioritou je zabezpečenie dodávok energie na biologickej báze.

Reaktor s riasami na výrobu biomasy: politici aj priemyselné odvetvia skúmajú možnosti biohospodárstva v snahe nájsť odpovede na otázky zdrojov.

A v neposlednom rade je v tejto zásadnej zmene myslenia významným nadnárodným hráčom aj Európska únia. Takmer pred piatimi rokmi predložila svoju Biohospodársku stratégiu a akčný politicky plán pre európske biohospodárstvo. O dva roky nato Európska komisia spustila spoločný európsky podnik pod názvom Bio-Based Industries Joint Undertaking (BBI JU) ako ústrednú investičnú iniciatívu roku 2014. Zapojilo sa do nej približne 70 spoločností z odvetvia poľnohospodárstva, lesníctva, chemického priemyslu a energetiky, ako aj dodávatelia technológií ako priemyselní partneri. Do roku 2020 investuje táto iniciatíva približne 3,7 miliardy eur do obchodného využitia nových biologických produktov a procesov.

Čiastočnú zmenu postojov však neplánujú len vedúce priemyselné krajiny. Menej známym faktom je, že dnes má už asi 45 krajín vytvorené veľmi rozmanité stratégie čiastočného prechodu na systém s obnoviteľnými zdrojmi a výrobnými procesmi na biologickej báze. Napríklad Uganda podporuje rozvoj využívania obnoviteľných zdrojov energie, biotechnológií a biomasy, zatiaľ čo Malajzia sa zameriava na prechod na biologické produkty.

Móda z mlieka
Mikrobiologička a módna návrhárka Anke Domaske vytvorila odev vyrobený z mlieka, ktoré už nie je vhodné na konzumáciu. Jej vlákna QMilk sú vyrobené z práškovej mliečnej bielkoviny – kazeínu. Toto biovlákno je šetrné k pokožke, plne kompostovateľné – a teoreticky aj jedlé.

Otázka udržateľnosti

Posun smerom k biohospodárstvu je však aj predmetom kritických diskusií. V súčasnej verejnej diskusii o obnoviteľných zdrojoch hrajú ústrednú úlohu témy ako „potraviny verzus pohonné hmoty“, využívanie pôdy a prísun zodpovedajúcich zdrojov na jej obrábanie, alebo spravodlivé pracovné podmienky. V súčasnosti existujú náznaky, že čoraz dôležitejšia je biomasa druhej generácie – ktorá pozostáva z nejedlých surovín. Aj keď to neznamená, že by sa tak v dôsledku toho nahradila prvá generácia ako repka (repkový olej), kukurica a podobne. „Biohospodárstvo a biologické priemyselné odvetvia majú potenciál poskytnúť dostatok potravín, krmiva, vlákniny a ďalších materiálov na splnenie našich potrieb, pokiaľ sa budú rozvíjať správnym spôsobom,“ hovorí Joanna Dupont-Inglis, riaditeľka priemyselných biotechnológií európskeho obchodného združenia EuropaBio. „Avšak neexistuje žiadna ‚univerzálna odpoveď‘, pretože biohospodárstvo je nesmierne rozmanité, a preto majú v rôznych oblastiach zmysel rôzne suroviny na rôzne využitie. Okrem toho sme si istí, že budeme svedkami nových riešení zameraných na minimalizáciu odpadu a väčšie využívanie toho, čomu sa nedá vyhnúť.“ Nylon z dreva, pneumatiky z púpavy, mazivá z bodliakov – biomasa druhej generácie je tvorená predovšetkým z nejedlých rastlín, organického odpadu a zvyškov. Podľa Organizácie Spojených národov vzniká ročne približne päť miliárd metrických ton biomasy vo forme poľnohospodárskych zvyškov. Keďže tie nie sú vhodné ako potraviny, môžu sa použiť ako suroviny.

Mikroskopické zábery baktérie Basfia succiniciproducens. Tento mikroorganizmus produkuje biologickú kyselinu jantárovú, ktorá je významnou zložkou biologicky rozložiteľných plastov.

Cena musí byť správna

TTeoreticky má biohospodárstvo veľký potenciál: technologický impulz k inováciám, lepšia výkonnosť, nové pracovné miesta a nižšie emisie oxidu uhličitého. Napriek tomu by sa nemalo preceňovať. „Biohospodárstvo nie je kúzelná palička ani odpoveď na všetky naše problémy, ale môže nám pomôcť riešiť aspoň niektoré z najväčších spoločenských a environmentálnych výziev, pred ktorými stojíme,“ hovorí Dupont-Inglis a dodáva: „Všetkých 100 000 chemikálií, ktoré sa v súčasnosti používajú, je možné teoreticky vyrábať z obnoviteľných uhlíkových zdrojov než z fosílneho uhlíka. Pri rozvoji biohospodárstva budúcnosti však musíme, pochopiteľne, vziať do úvahy všetky tri piliere trvalej udržateľnosti, teda v každom jednom prípade zvážiť environmentálny, spoločenský a ekonomický prínos.“ Výskumný pracovník spoločnosti BASF Sieden dodáva: „Jednou z pák, ako urýchliť biohospodárstvo, je dostatočný objem za konkurencieschopné ceny. Najdôležitejšia je však skutočnosť, že silný biologický priemysel je hlavnou príležitosťou pre inovácie. Chceme tento potenciál využiť v našej výskumnej sieti.“

Biologické produkty si žiada čoraz viac zákazníkov. „Je to pre nás skvelá príležitosť rozšíriť našu surovinovú základňu. To však nepôjde zo dňa na deň,“ vysvetľuje Sieden. Trvalo viac než polovicu desaťročia výskumu a vývoja, kým sa podarilo vyrobiť biologickú kyselinu jantárovú a vytvoriť z nej komerčný produkt. Kyselina sa vyrába z baktérie Basfia succiniciproducens a je významnou zložkou biologicky rozložiteľných plastov, náterov a polyuretánov, ktoré možno použiť na výrobu matracov, podlahových krytín a sedadiel do automobilov. Spoločný podnik spoločnosti BASF a holandskej spoločnosti Corbion pod názvom Succinity prevádzkuje od roku 2014 v španielskom meste Montmélo závod s ročnou kapacitou 10 000 metrických ton biologickej kyseliny jantárovej určenej na svetový trh.

Otázku dostatočného objemu rieši aj Puneet Trehan zo spoločnosti IKEA. On však vidí významný pokrok svojho sektoru aj vo fáze nákladov. „Naše skúsenosti ukazujú, že ak je hodnotový reťazec v rámci partnerstva správne organizovaný, náklady budú určite konkurencieschopné,“ vysvetľuje. Podľa jeho názoru je nadovšetko dôležitá jedna vec: Potrebujete partnerov, ktorí sa hlásia k rovnakému cieľu.“ Vo svete biohospodárstva zvyčajne neprichádza do úvahy obchodná činnosť. „‚Priemyselná evolúcia‘ by snáď bola vhodná pre prechod, ktorý aktuálne prebieha,“ hovorí Joanna Dupont-Inglis. „Prinášať obnoviteľné biologické riešenia s efektívnym využívaním zdrojov si bude vyžadovať doposiaľ nevídanú úroveň spolupráce naprieč najrôznejšími odvetviami a rezortmi.“

Súvisiaci obsah

Tri otázky pre Nikolausa Rauppa

Využívanie prírody na ochranu rastlín