Hvordan skaber vi en hverdag uden olie? Svaret ligger måske gemt i planter

ARTIKLEN ER OPRINDELIG BRAGT PÅ VIDENSKAB.DK’S FORSKERZONEN, HVOR FORSKERNE SELV FORMIDLER

af Jane Wittrup Agger, Adjunkt, DTU Bioengineering

Fossil olie og gas indgår i et utal af produkter og materialer, som vi finder nærmest livsnødvendige i hverdagen.

Det gælder eksempelvis plastik, medicin, tekstiler, maling, kosmetik, fødevareindpakninger, møbler, legetøj og elektronik – alt sammen ting som i meget vid udstrækning er lavet ud af olie eller fra gas.

Hele samfundets nuværende produktionsapparat er således i høj grad afhængig af olie, og det vil tage tid og tilpasning at erstatte olien i hele forsyningskæden.

Men det må og skal vi. Dels af hensyn til klimaet, dels fordi krigen i Ukraine udstiller verdens sårbarhed i forhold til afhængighed af gas og olie fra utilregnelige og vanvittige producenter.

Incitamenterne for, at vi gør os uafhængige af de fossile ressourcer, har aldrig været større.

Her kommer lignin ind i billedet. Hvad er det, og kan det virkelig erstatte olie?

Jeg forsker i lignin, og jeg vil forklare, hvad lignin er, hvorfor det har så stort et potentiale, og hvilke udfordringer, vi stadig står over for.

Hvad er lignin?

Lignin er en del af de ikke-spiselige dele af planter og består kort fortalt af store forgrenede polymer-strukturer med helt unikke egenskaber.

Lignin er eksempelvis med til at sikre, at træer, strå og planter kan ’stå ret op’ – også i blæsevejr.

Det er desuden en del af plantens vandtransportsystem og beskytter planten mod angreb fra sygdomsfremkaldende mikroorganismer.

Lignin har potentiale til at blive fremtidens grønne råstof, og der findes forskere – heriblandt mig selv – som arbejder intenst på de mange komplekse problemstillinger, der er ved at erstatte olien med andre bæredygtige og fornybare råmaterialer såsom træ, flis, halm og andre plantebaserede ’sidestrømme’ fra landbruget.

Sidestrømme dækker over de plantedele, som vi ikke spiser eller bruger til dyrefoder.

Lignin er særligt interessant set fra et forsknings- og anvendelsesmæssigt perspektiv, fordi det på sigt kan erstatte dele af det kulstof, vi i dag får fra olie, og fordi det har naturlige egenskaber, der er attraktive i mange anvendelser.

For eksempel er det verdens eneste fornybare kilde til aromatiske forbindelser, det har evnen til at stabilisere mange ekstra elektroner, har interessante kemisk reaktive funktioner, kan absorbere UV-lys og har antimikrobielle egenskaber.

Hvert år dannes der omkring 10¹⁰tons lignin på verdensplan, når planter og træer vokser. I vægt svarer det til 100 gange USA’s samlede produktion af olie i år 2020.

USA producerede cirka 18 millioner tønder olie om dagen i 2020.

Heraf blev op mod 20 procent anvendt som byggesten i alverdens olie-afledte hverdagsprodukter og materialer. Dertil kommer, at naturgas også er råstof i materialeproduktion.

Lignin som plastik, bygge- og batterimateriale

Der forskes blandt andet i at lave erstatninger for plastik baseret på lignin, at bruge lignin som komponent i byggematerialer og at spinde lignin til kulstoffibre, som er fremtidens materiale i vindmøllevinger, biler og andre steder, hvor der er brug for stor styrke og lav vægt.

Lignin indgår også i forskning, der handler om at udvikle bedre batterier til fremtidens batteridrevne samfund, så efterspørgslen på sjældne og kostbare metaller kan falde.

Lignin kan også være en del af løsningen på udfordringer med forurenet spildevand, som indeholder tungmetaller, farvestoffer fra tekstilindustrien eller andre miljøgifte.

Lignin kan nemlig bruges til at binde forurenende stoffer, enten via sine egne, særlige kemiske egenskaber eller som support for andre kemiske funktioner.

Herefter kan man samle ligninpartiklerne op, fordi de bundfælder i vand, og forureningen kan håndteres forsvarligt.

Der kan således også være store miljømæssige gevinster ved at udvinde og anvende lignin fornuftigt.

Hvordan udvinder vi lignin uden at ødelægge det?

Men hvis lignin er så godt, hvorfor har vi så ikke for længst erstattet olien?

Det skyldes især, at lignin er vanskeligt at udvinde i ren og intakt form fra biomasse.

Lignins naturlige funktion er at beskytte cellulosen – et kulhydrat, der udgør en vigtig bestanddel i planters cellevægge – mod angreb og nedbrydning.

Netop den funktion er udviklet og perfektioneret gennem millioner af års evolution.

Nøglen til bedre udnyttelse af lignin ligger i at forstå præcist, hvad der gør lignin og cellulose i stand til at opretholde den tætte, rigide struktur, som vi kender fra træ og strå (også kaldet lignocellulose).

Dernæst skal vi lære, hvordan den tætte struktur kan åbnes, uden at den polymere lignin-struktur går helt i småstykker, og helst også uden at cellulosen ødelægges.

Det er netop intakt, udvundet lignin af høj kvalitet, der er forudsætningen for, at den kan bruges i de mange nye anvendelser i fremtiden.

Og det har vi i min forskningsgruppe netop taget et vigtigt skridt henimod.

Et skridt tættere på bioraffinering

Ved at kigge dybt i lignocellulose-nedbrydende svampes genomer er det for nylig lykkedes os at isolere en ny type enzymer, som direkte bryder de specifikke bindinger, der holder lignin sammen med kulhydratpolymerer.

Når sådanne centrale forankringspunkter mellem lignin og kulhydrater brydes, giver det mulighed for, at ligninen kan slippe sit faste greb i lignocellulosen.

Det betyder, at det første spadestik mod udvinding af lignin er taget. Men ét enzym gør det ikke alene, og der skal findes og udvikles flere enzymer for, at biomassen kan lirkes helt op.

Når vi har de nødvendige enzymer, kan vi arbejde mod at udvikle processer, der kan udvinde lignin af høj kvalitet fra en mængde forskellige typer fornybar plantebiomasse – eksempelvis træ, strå og energiafgrøder (f.eks. pil og elefantgræs).

Dermed kan vi skabe grundlaget for en ny industri, der baserer sig på bioraffinering frem for olieraffinering.