Skånska betor blir plast
2009-12-01
På en gård mitt i det skånska slättlandskapet har Lunds universitet
skapat en ny forskningsstation med bioraffinaderi. Målet är
framställning av kemikalier från förnybara råvaror. Ett av de mest
spännande projekten är en pilotanläggning för framställning av bioplast
från betor.
Text och foto Malin Folkesson
Totalt 700 kvadratmeter har Lunds universitets avdelning för bioteknik till sitt förfogande vid den nya forskningsstationen i Anneberg. 200 kvadratmeter är avsatt för en pilotanläggning i form av ett bioraffinaderi. Resterande utrymme är fördelat på en pilothall för forskning kring biogasproduktion, två laboratorier, konferensrum, kontor och lager. Här arbetar fyra forskarstudenter.
Tanken är att ytterligare sex personer ska vara verksamma här när olika projekt skalats upp.
Ordning och reda råder. Det är nästan kliniskt rent och luften är sval. Bo Mattiasson är professor vid avdelningen för bioteknik vid Lunds universitet, LTH. Han är den drivande kraften i projektet och har varit så sedan starten för åtta år sedan. Men fler är involverade, såväl i Anneberg som vid universitetet i Lund.
Raffinaderiet, ett rum med högt i tak, rymmer två fermentorer för enzymkonvertering på vardera tio kubikmeter. Här finns också ett par mindre odlingstankar på tre till fem kubikmeter. Längs en av lokalens långsidor står två riktigt stora tankar. De används för olika enzymprocesser. På gårdens baksida ligger ett berg av sockerbetor. Betor är en billig råvara och finns för närvarande i överskott i Skåne. Mattiasson säger att de köper överskottsbetor från traktens bönder för nästan inga pengar alls. Han tar upp en knotig sockerbeta och berättar att det är betan som är råvaran i bioplastprocessen.
Bo Mattiasson förklarar att betorna tvättas, rivs och omvandlas till en sockerbetsjuice som placeras i fermentorerna tillsammans med andra, lämpliga ingredienser. Restprodukterna, som inte är intressanta för bioplastproduktionen, används för att producera biogas, vilket är en annan verksamhet som ryms under samma tak på forskningsstationen.
En speciell mikroorganism från Bolivia, som kan lagra upp till 80 procent plastpolymer av sin egen torrvikt tillförs också i fermentorn. Under reglerade temperatur- och pH-förhållanden omvandlar cellerna sockret till en ny upplagsnäring för dem, bioplast. Mikroorganismerna omvandlar helt enkelt sockret i betjuicen till en polymer (polyhydroxyl alcanoat). Hela förloppet tar ungefär ett dygn. Resultatet är en icke vattenlöslig bioplast som i upprenad form ser ut som en transparent plastflinga. Bioplastens slutgiltiga egenskaper styrs delvis av vilken näring bakterierna fått och hur de odlats.
Process Nordic frågar vilka hinder forskarna stött på under sitt arbete och vad som varit mest utmanande under arbetets gång. Mattiasson tänker efter, men kan inte minnas att de råkat ut för några egentliga fallgropar. Det har gått bra ganska rakt av, tycker han. Arbetet med celltätheten har däremot varit väldigt utmanande. Vissa modifieringar har gjorts på vägen. Idag ligger de på halter på 100 gram cellmassa per liter fermentationsmedium. Det är ganska bra, tycker Mattiasson. Han ser det inte som realistiskt att komma mycket högre än så med den bolivianska organismen.
På Annebergs försöksstation finns utrymme och kapacitet för att producera bioplast, så kallad PLA, i såväl laboratorie- som pilotskala. Hittills har produktionen körts i mindre skala, det vill säga ett antal gram i stöten. I större volymer handlar det om kilo, vilket kan genomföras i pilotanläggningen utan problem, enligt Martinsson som ändå vill vänta ännu ett litet tag med att trycka på den stora knappen.
Processen är optimerad, och han anser att de har kommit en bra bit på väg. Men innan den skalas upp fullt ut (flera 100 liter upp till några kubikmeter) vill han ha bättre kontroll på alla kringfaktorer. Just nu håller de på att bygga upp en databas.
Den plast som hittills odlats fram i lite större kvantiteter har vid sidan av den klassiska egenskapsverifieringen, processats på lite olika sätt. Det finns rapporter om att påsar, film och flaskor har producerats med gott resultat, hävdar Mattiasson.
Bioplasten har visat sig ha ungefär samma egenskapsprofil som polypropen och polyeten. Den kan användas i kontakt med livsmedel, steriliseras och har förmågan att brytas ner när de omgivande betingelserna som temperatur och luftfuktighet är de rätta. Ett annat spännande område som bioplasten visat sig vara lämpligt för är som vävnadsodling. Försök har gjorts där man skapat en tredimensionell matris som ersättning för till exempel brännskadad hud.
– Cellerna kan skapa en plast som, efter isolering, är så ren att den skulle kunna användas även i medicinska sammanhang, säger Bo Mattiasson och tillägger att alla signaler visar på att de animalieceller som den odlats på mår bra.
Vi slår oss ner i konferensrummet och Bo Mattiasson bjuder på en kopp kaffe. Kaffe som en forskarstudent från Nicaragua haft med sig. Han berättar att LTH har forskarstudenter från hela världen och att projektet med bioplasten faktiskt föddes tack vare en forskarstudent. För knappt tio år sedan hade en boliviansk doktorand med sig en rad olika bakterier till LTH från sitt hemland. En av organismerna kom från en saltöken och visade sig vara helt unik. Den kunde nämligen producera en polyetenliknande plast inne i sin cell.
Arbetet med att kartlägga vilken odlingsmiljö och vilka kol- och kvävekällor som gav bakterien bäst produktivitet tog genast fart. Ganska snart kunde forskarna konstatera att betor var en näringskälla som passade bakterien. Arbetet tog fart med att försöka styra odlingsprocessen och celltätheten. Inledningsvis utfördes allt arbete i liten skala på LTH. Först när processen var så pass optimerad att den var mogen att ta ännu ett kliv, flyttades den ut till forskningsanläggningen i Anneberg där arbetet sedan fortskridit.
Betplastprojektet drivs av LTH och avdelningen för bioteknik. Förhoppningen är att finna en partner inom industrin som kan ta över raffineringen, när tiden är mogen. Det är den inte riktigt ännu och jakten på partners har därför inte börjat. Även om de kommit en bra bit på väg så ser Mattiasson det inte som realistiskt att projektet kan vara färdigt för en kommersialisering förrän tidigast 2015. Etablerandet av bioraffinaderiet har fått ett initialt stöd av Region Skåne. Dessutom har LTH fått 33 miljoner kronor i forskningsstöd från Vinnova för utveckling av metoder för att producera ”plattformskemikalier”. Mistra har sponsrat med 75 miljoner kronor för ett projekt som går under namnet Gröna kemikalier och EU har bidragit med knappt 20 miljoner kronor.
Bioraffinering är helt nytt för svensk industri. Säkert finns det de som rynkar på näsan och tycker att det är omoraliskt att göra plast av livsmedel, menar Martinsson. I USA finns dock redan företag som har en lönsam tillverkning av bioplast. Bo Mattiasson är övertygad om att samma sak kan genomföras här i Sverige. Det är dock möjligt att utnyttja lantbrukets överskottsbiomassa för framställning av kemikalier och material. Det är där Martinsson och hans forskarstudenter valt att koncentrera sina ansträngningar.
Fakta Projekt vid Annebergs försöksstation
Biogasproduktion
Forskningsstationen rymmer också en pilotanläggning för biogasproduktion. Här finns flera testreaktorer, från en till 350 kubikmeter, vilka används som testriggar i en fortgående biogasforskning. Installationen gör det möjligt att undersöka flera olika slags processer, samt att övervaka och utvärdera nya metoder.
Självförsörjande lantbrukare
Ett projekt som pågår för fullt handlar om att lantbrukare med mer än 50 kor i framtiden ska kunna röta sin gödsel och skapa sitt eget motorbränsle, främst biogas renad med enzymteknik. Det har konstaterats att man kan utvinna så mycket bränsle ur gödsel att man kan köra bil 1500 mil per år via den gödsel som åtta kor producerar. Tillverkningen kommer att skalas upp efter årsskiftet.
Gröna kemikalier
Ett annat intressant projekt drivs tillsammans med Greenchem, och handlar om att forska fram miljövänliga kemikalier. Mistra stödjer projektet med 75 miljoner kronor. Syftet är att ta tillvara överskottsbiomassan från bioraffinaderiet och nyttja det för produktion av miljövänliga kemikalier. Till exempel organiska syror, enzymer, pentoser och xylaner som senare kan vidareförädlas till viktiga bulkkemikalier.
