Kevesebb primer fosszilis alapanyagra lesz szükség a vegyi anyagok gyártásához a mikroorganizmusok használatával

A fehér biotechnológia, vagyis a mikroorganizmusok segítségével állít elő különböző alapanyagokból erőforrás-kímélő és éghajlatbarát termékeket a BASF. A kutatók világszerte különféle innovatív megoldásokon dolgoznak az alternatív nyersanyagforrások kiaknázása, valamint az éghajlatbarát gyártási folyamatok és termékek kifejlesztése érdekében. A biológiai lebonthatósággal kapcsolatos alapkutatások felgyorsítják a fenntartható anyagok fejlesztését.

A BASF kutatási sajtótájékoztatóján Dr. Melanie Maas-Brunner, a BASF SE igazgatótanácsának tagja és technológiai igazgatója tudósokkal közösen mutatta be a jelenleg folyamatban levő kutatási projekteket. Felvázolt néhány példát az értéklánc különböző szintjein alkalmazható innovatív megoldásokra is. A rendezvény középpontjában olyan technológiák álltak, amelyekben a mikroorganizmusok járulnak hozzá a nagyobb fenntarthatósághoz. A cég K+F platformja szolgál a fenntartható kémiai megoldások kifejlesztésének alapjául - írták.

A BASF világszerte mintegy 10 ezer munkavállalót foglalkoztat a kutatás-fejlesztés területén. 2021-ben a vállalat közel 2,2 milliárd eurót fektetett be a fenntartható termékek és az új technológiai területek fejlesztésébe. Az ilyen példák közé tartozik a CO2- mentes hidrogén előállítása, a gyártási folyamatok villamosítása és a körforgásos gazdaság előmozdítása, valamint az új nyersanyagforrások kiaknázása és a digitális eszközök még hatékonyabb felhasználása. A kutatásba és fejlesztésbe történő befektetések megtérülnek, amit a BASF neve alatt az elmúlt öt évben forgalomba hozott termékek több mint 11 milliárd eurós forgalma is bizonyít - közölték.

„Különösen örülök annak, hogy 2021-ben a szabadalmi bejelentéseink 45 százaléka a fenntarthatóságra különös hangsúlyt fektető innovációkhoz kapcsolódott, és ez a tendencia egyre csak bővül" – mondta Maas-Brunner. A vállalat hosszú távon is növelni szeretné a fenntarthatósághoz jelentősen hozzájáruló termékekből származó forgalmát és bevételeit. 

A klímasemleges társadalom táptalajául szolgáló technológiák nagy részét még fel sem találták – jegyezte meg Maas-Brunner. Ezért fontos, hogy a technológiák iránti nyitottsággal és az alternatív technológiai koncepciók beépítésével leküzdjük a jövő kihívásait. Ehhez szövetségekre van szükségünk, mégpedig az ipar, a tudomány, a politika és a társadalom valamennyi szereplőjével. A vállalatok és a jogalkotók közötti szövetségek különösen fontosak, mert az intézkedéseinknek jó keretfeltételekre kell támaszkodniuk – tette hozzá. 

A fehér biotechnológia térhódítása 

A fehér biotechnológia egyre fontosabb szerepet tölt be a vállalat eszköztárában. „Ezek a természet eszközei. Az emberek már régóta használják és folyamatosan tökéletesítik ezeket” – jegyezte meg Dr. Doreen Schachtschabel, a BASF fehér biotechnológiai kutatásért felelős alelnöke. A mikroorganizmusok, mint például a baktériumok vagy gombák részt vesznek ezekben a biofolyamatokban, ezen belül a fermentációban és a biokatalízisben. E folyamatok a különböző szerves anyagok felhasználásával teljesen másfajta végtermékké tudják e mikroorganizmusokat átalakítani. Lehet ez bor, kenyér vagy sajt, de akár a vegyiparnak előállított anyagok hosszú sora is. 

„A fehér biotechnológia az egyik legmeghatározóbb technológiánkká vált, hiszen erre hagyatkozva különböző alapanyagok felhasználásával hatékonyan, az erőforrások megóvásával és – ami a legfontosabb – rugalmasan tudunk termelni” – magyarázta Schachtschabel. 

A BASF-ben a fehér biotechnológiai módszerekkel előállított vegyi anyagok és termékek listája igencsak hosszú: biopolimerek, az emberi és állati táplálkozás alapvető összetevői (mint például vitaminok és enzimek), növényvédőszerek, aromák és illatanyagok, valamint mosószerekhez és kozmetikai alapanyagokhoz használt enzimek. A BASF hat szegmenséből ötben (Vegyi anyagok, Anyagok, Ipari megoldások, Élelmezés és gondozás, valamint Mezőgazdasági megoldások) a vállalat már háromezernél is több, biotechnológiával kapcsolatos vagy biológiailag lebomló terméket állít elő. 

Ezek 2021-ben több mint 3,5 milliárd euróval járultak hozzá az árbevételhez, és e téren folyamatosan növekvő tendencia figyelhető meg. A BASF kutatói az új eljárások és termékek kifejlesztése során számos külső tudományos és szakipari partnerrel dolgoznak együtt. 

Így történik a fejlesztés

A technológiai alapok és a megközelítések a molekulák eltérő tulajdonságai ellenére általában nagyon hasonlóak. A kutatók először is meghatározzák a megfelelő, tenyészthető mikroorganizmust. A következő lépésben szükség esetén megváltoztatják a genomot, így az anyagcsere is úgy módosul, hogy a baktérium vagy gomba vagy többet termel egy bizonyos anyagból, vagy új tulajdonságokkal rendelkező teljesen új molekulát állít elő. Ezután kezdődik a tulajdonképpeni biofolyamat: a mikroorganizmusok optimális körülmények között a kívánt mennyiségben előállítják a célmolekulát. A tápanyagok és építőelemek lehetnek megújuló nyersanyagok (például cukor), de akár hulladékáramok, újrahasznosított termékek, illetve kémiailag szintetizált molekulák is. 

A digitalizáció az új folyamatok és termékek kifejlesztésének elengedhetetlen eleme. Nem csak a hatékonyabb és eredményesebb munkavégzésről van itt szó. „A számítástechnikai biológia, különösen a bioinformatika nélkül nem tudnánk megtenni mindazt, amit manapság csinálunk" – mondta Schachtschabel. Az Inscalis rovarölőszer kifejlesztése tökéletes példa arra, hogy a klasszikus kémia és a biotechnológia hogyan tudja egymást ideálisan kiegészíteni. E rovarölőszer előállításának első lépése a fermentáció. Ezt követően a köztes termékből a klasszikus vegyészet alapjain nyugvó gyártási folyamat során kész növényvédőszer lesz. 

A fermentáció és a szelektív kémiai szintézis összekapcsolásával a hibrid eljárás során egy rendkívül hatékony és fenntartható terméket tudunk költséghatékonyan előállítani – mondta Schachtschabel. A BASF a továbbiakban is a nyersanyagok és technológiák rugalmas és széles bázisára fog támaszkodni. 

„Felismertük, hogy a biotechnológia, a mérnöki tudományok és a klasszikus kémia (amennyiben optimális ezek integrációja) rendkívül hatékony, valamint gazdaságilag és környezetvédelmi szempontból fenntartható folyamatokat tesz lehetővé. Ez segíti a BASF-et fenntarthatósági céljainak elérésében" – mondta Schachtschabel. 

Gáznemű szén, mint alternatív nyersanyagforrás 

A klasszikus fermentáció mellett (amely általában megújuló nyersanyagokon alapul) a BASF és az amerikai LanzaTech vállalat olyan speciális eljárásokon dolgozik együtt, amelyekben a baktériumok gáznemű szénforrásokat, például szénmonoxidot és szén-dioxidot használnak nyersanyagként. A szén származhat acélművek, finomítók és vegyi üzemek hulladékgázaiból, de elgázosított háztartási hulladékból is. 

„Szeretnénk kihasználni a gázfermentációban rejlő lehetőségeket a kémiai értékláncokban előforduló vegyi anyagok előállítására” – mondta Prof. Michael Helmut Kopf, a BASF alternatív fermentációs platformokért felelős igazgatója. 

A LanzaTech kínai gyártóüzemében már alkalmazzák is ezt a technológiát etanol előállítására, és hamarosan egy másik gyárat is üzembe fognak helyezni Belgiumban. A két vállalat mostantól magasabb alkoholtartalmú anyagokat és egyéb köztes termékeket szeretne előállítani gázfermentációs eljárásokkal. 

„Baktériumainkat kifejezetten úgy terveztük, hogy a hulladék szenet egy sor kívánt köztes termékké tudják átalakítani” – magyarázta Dr. Sean Simpson, a LanzaTech alapítója és tudományos igazgatója. 

A cég ugyanakkor a kémia és a folyamattechnológia, valamint a folyamatok intenzifikálása terén szerzett szakértelmével járul hozzá ehhez a fejlesztési projekthez. A BASF továbbá a fermentációs rendszerből származó termékek leválasztására és tisztítására szolgáló eljárás tervezésével is foglalkozik ahhoz, hogy ezek az anyagok végül is bekerülhessenek az értékláncokba. Világszerte még az elegendőnél is több, gázfermentáció során felhasználható alternatív szénforrás áll rendelkezésre. 

„Ehhez azonban szemléletváltásra lesz szükség, hogy az ágazatközi projektek, például a vegyipart az acélművekkel vagy a hulladékkezelő cégekkel összekötő projektek teret tudjanak nyerni” - mondta Simpson. 

Az ilyen alternatív nyersanyagforrások jobb elérhetősége azt jelenti, hogy a vegyi anyagok előállításához kevesebb primer fosszilis alapanyagra lesz szükség. 

"A maradékanyagok gázosítási technológiái, a gázfermentáció (a termékszintézishez szükséges fenntartható hidrogénnel és megújuló energiával együtt), valamint a termékkibocsátás hatékony tisztítási folyamatai a jövőben jelentősen hozzájárulhatnak értékláncaink fenntarthatóságának javításához” – tette hozzá Kopf a technológiában rejlő lehetőségekről szólva. 

A biológiai lebonthatóság részletekbe menő megértése A BASF-nél a baktériumok és gombák nem csak a fenntartható termékek előállításában játszanak szerepet. 

„Számunkra a fenntarthatóság azt is jelenti, hogy pontosan tisztában vagyunk azzal, hogy a környezetben élő mikroorganizmusok hogyan és miért végzik el termékeink mikrobiális lebontását, azok használata után” – mondta Andreas Künkel professzor, a BASF biopolimerek kutatásával foglalkozó alelnöke. 

A biológiai lebonthatóság azt jelenti, hogy a mikroorganizmusok az összetett szerves molekulákat energiává, vízzé, szén-dioxiddá és biomasszává alakítják át. E természetes módszer hasznosításának és a biológiailag teljesen lebomló termékek kifejlesztésének előfeltétele a kémia és a biológiai folyamatok alapvető megértése és ismerete. Ennek okán a BASF az elmúlt tíz évben jelentősen bővítette a biológiai lebonthatósággal kapcsolatos K+F tevékenységeit. 

Kutatás és fejlesztés a gyakorlatban

„Ezt a hihetetlenül összetett témát csak interdiszciplináris csapatban lehet elsajátítani” – mondta Künkel. Hangsúlyozta a belső és külső együttműködés fontosságát azokkal az ügyfelekkel, egyetemekkel és kutatóintézetekkel, amikkel a BASF kiterjedt kísérleteket végzett laboratóriumban és terepen egyaránt. 

„Aprólékos részletességgel vizsgáljuk, hogyan kell az anyagokat úgy megtervezni, hogy termékeink biológiailag lebomoljanak a talajban és az olyan műszaki rendszerekben, mint a komposztálóüzemek és szennyvíztisztító telepek” – magyarázta Künkel. Ennek egyik példája az ecovio talajtakaró fólia. Ez a talajban tanúsítottan biológiailag lebomlik és a gazdákat magasabb terméshozamok eléréséhez juttatja. Betakarítás után a fólia egyszerűen beszántható, majd a talajban lévő mikroorganizmusok lebontják. 

A cég kutatói az ETH Zürich tudósaival együttműködve vizsgálták mind laboratóriumban, mind terepen, hogy a fólia hogyan és miért bomlik le a talajban. Ehhez olyan új elemzési módszereket dolgoztak ki, amelyekkel bizonyítani tudják, hogy a fóliában lévő szén biológiailag szén-dioxiddá és biomasszává alakul át. A biológiailag lebomló anyagok másik fontos felhasználási területét a mosószerek, mosogatószerek és kozmetikumok mindazon összetevői alkotják, amelyek életciklusuk végén a szennyvíztisztító telepekre kerülnek. 

A vállalat a biológiai lebonthatóságra vonatkozó széleskörű adatgyűjteményére támaszkodva olyan számítógépes modelleket tud kifejleszteni, amelyek már a termékfejlesztés kifejezetten korai szakaszában előre tudják jelezni a molekulák és anyagok tulajdonságait és biológiai lebonthatóságát, és így elősegíthetik szerkezetük megfelelő átalakítását. 

„A cég úttörő és vezető szerepet tölt be az előre jelezhető biológiai lebonthatóság digitális modellezésében. Ez akkor lehet igazán hasznos, amikor az ügyfelekkel együttműködve személyre szabott, biológiailag lebontható termékeket fejlesztünk ki egy adott alkalmazáshoz” – tette hozzá Künkel. 

A programról és a kutatásról ezen a hivatkozáson lehet további részleteket találni.

 A BASF portfóliója 6 szegmensbe sorolható: 

• Chemicals (Vegyi anyagok), 
• Materials (Anyagok), 
• Industrial Solutions (Ipari megoldások), 
• Surface Technologies (Felületi technológiák), 
• Nutrition & Care (Élelmezés és gondozás) és 
• Agricultural Solutions (Mezőgazdasági megoldások). 

A BASF 2021-ben 78,6 milliárd euró árbevételt ért el. A BASF részvényeivel a frankfurti értéktőzsdén (BAS) és amerikai letéti jegyként az Amerikai Egyesült Államokban (BASFY) kereskednek.