På jagt efter højværdistoffer i bioaffald

Alle kender vi til at smide bioaffald ud. Vi fylder lydigt de grønne poser til kommunal kompost og kører vores haveaffald på genbrugspladsen. Det lyder måske allerede af meget bioaffald, men det er intet i forhold til de enorme mængder, som producenter af for eksempel fødevarer, kosttilskud og farvestoffer genererer. Tænk for eksempel på, hvor meget æblepulp, et mosteri genererer – eller tomatskræller fra en fabrik, der flår tomater og kommer dem på dåse – eller kaffegrums fra en cafékæde.

Alt dette overskud er traditionelt blevet betragtet som affald; kørt bort og brændt af i fjernvarmeværker. Så fik verden øje på mulighederne i at omdanne bioaffald til brændstoffer, som kan erstatte fossile brændstoffer, og nu er verden ved at få øjnene op for endnu en værdi, som kan udvindes af bioaffaldet.

 13.13.55 Bioaffald indeholder mange forskellige naturstoffer, som vi betegner som højværdistoffer. De kan udvindes fra bioaffaldet og bruges på en måde, som er mere bæredygtig og dermed mere miljøvenlig, end hvis industrien selv skulle til at fremstille dem, fortæller Lars Porskjær Christensen, der er professor i kemi og leder af Institut for Fysik, Kemi og Farmaci.

Sukker, antioxidanter og fedtsyrer

Hans kemiske forskning fokuserer bl.a. på at finde metoder til at udvinde interessante højværdistoffer, herunder især bioaktive stoffer fra planter, for eksempel gulerødder, som kan være interessante for industrien.

Eksempler på højværdistoffer er umættede fedtsyrer, farvestoffer, proteiner, antioxidanter, medicinske stoffer og sukkerstoffer.

• Umættede fedtsyrer kan udvindes af for eksempel bioaffald fra planter (nødder, frø, oliven) og fisk og tilsættes kosttilskud mv.
• Farvestoffer kan udvindes fra for eksempel lilla gulerødder og spirulina cyanobakterier og anvendes blandt andet til farvning af fødevarer.
• Proteiner kan udvindes af for eksempel rødkløver, sukkerroetoppe og mange andre planter og anvendes til fødevarer og dyrefoder.
• Antioxidanter kan udvindes af mange forskellige slags planteaffald og anvendes i blandt andet fødevarer og kosmetik.
• Lignin kan udvindes fra celluloseholdige plantedele som sukkerrør, majsstængler og træer og bruges som afstivende komponent i byggematerialer og til byggesten i forskellige syntetisk fremstillede produkter.
• Specielle sukkerstoffer som fruktaner findes i mange planter og kan for eksempel udvindes fra løg, hvidløg og hvede. Til fruktanerne hører også inulin, som er et polysakkarid, der blandt andet udvindes fra cikorierødder, og som bruges i kosttilskud og fødevarer.  

Medicinske stoffer i rødkløver og gulerødder

Medicinske stoffer kan udvindes fra blandt andet rødkløver. Her kan man foruden planteproteiner udvinde planteøstrogener, der blandt andet gives som kosttilskud til kvinder i overgangsalderen. Mens man normalt først udvinder højværdistoffer af det bioaffald, der er blevet tilovers efter forarbejdning af planterne, skal det gøres omvendt med rødkløver. Her skal man først udvinde planteøstrogenerne, inden man udvinder planteproteinerne.

Et andet interessant eksempel er udvinding af bioaktive stoffer fra lilla gulerødder, som man bl.a. bruger til udvinding af farvestoffer; de såkaldte anthocyaniner. De bioaktive stoffer i gulerødder, som er interessante, er nært beslægtet med umættede fedtsyrer og udvindes, efter at man har trukket farvestofferne ud af de lilla gulerødder.

De bioaktive naturstoffer fra gulerødder kan i øvrigt udvindes fra restprodukter fra alle type gulerødder. Gulerødder bruger disse bioaktive stoffer som forsvarsstoffer mod svampeangreb, og de har i dyreforsøg vist lovende resultater i forbindelse med forebyggelse af kræft og type 2-diabetes.

Grønnere kemi

Mens det myldrer frem med små startup virksomheder, som måske, måske ikke, vil få succes med udvinding af højværdistoffer, arbejder forskere og ingeniører på at forbedre udvindingsteknikkerne, så de kan blive mere bæredygtige og mere rentable.

Næsten alle former for udvinding af naturstoffer kræver et opløsningsmiddel, af forskere kaldet solvent, som bruges til at trække højværdistofferne ud fra en given biomasse. Tidligere brugte man rask væk mineralske og miljøskadelige solventer, men moderne kemi sigter efter grønnere metoder.

I et laboratorie på SDU står en lille nyanskaffet maskine, en såkaldt superkritisk ekstraktionsmaskine, som Lars Porskjær Christensen og kollegaen Massimiliano Errico fra Institut for Grøn Teknologi har fået støtte fra SDU Climate Cluster til.

Den skal indgå i forskernes arbejde med at finde nye og miljøvenlige metoder til at ekstrahere højværdistoffer fra biomasse og bioaffald, og det skal foregå uden miljøskadelige opløsningsmidler – i stedet skal der bruges CO₂ under tryk, eventuelt i kombination med mere miljøvenlige opløsningsmidler, for eksempel ethanol eller metanol.

– Princippet er at placere sin biomasse eller sit bioaffald i en beholder, efterfylde den med CO₂ og sætte det hele under tryk. Under tryk bliver CO₂ flydende og agerer som et solvent, og højværdistofferne trækkes ud i den flydende CO₂. Til sidst lettes trykket, og bioaffaldet og højværdistofferne er blevet skilt fra hinanden, forklarer Lars Porskjær Christensen.

Indtil videre har maskinen været fodret med blandt andet biomasse fra cannabisplanten. Cannabisplanten består blandt andet af en række cannabinoider, herunder det psykoaktive THC, der kan bruges til smertebehandling, angst, og CBD, der udover at have smertestillende effekt også har en antiinflammatorisk effekt.

Ud over disse to aktive naturstoffer, der blandt andet har vist sig at have en forholdsvis positiv effekt på mennesker med sklerose, indeholder biomassen fra cannabisplanten også andre interessante højværdistoffer, for eksempel umættede fedtsyrer og vitamin E.

Højværdistofferne i cannabisplanten kan, ligesom mange andre højværdistoffer fra biomasse og bioaffald fra andre planter, udvindes effektivt med den nyindkøbte superkritiske ekstraktionsmaskine, hvor forskningen især drejer sig om, hvorledes dette kan gøres på en bæredygtig måde.