Skiftet från fossilbaserade industrier till en bioekonomi skapar en växande efterfrågan på biobaserade kemikalier, material och bränslen som hållbara och förnybara alternativ. En möjlig källa är fruktos från trä för användning vid produktion av bioplast.

Lignocellulosisk biomassa är vanligtvis oätligt växtmaterial, inklusive särskilda grödor av trä och gräs, samt avfall från jordbruksskogsbruk. Det är också den enskilt vanligaste förnybara resursen på jorden och tillgänglig året runt. Vidare, lignocellulosisk biomassa behöver inte värdefullt utrymme på åkrar eftersom det inte har någon jordbruks- eller näringsanvändning. Det är anmärkningsvärt, att trä kan skördas hållbart från certifierade skogar. I de nordiska länderna det odlas mer skog än vad som skördas varje år.

Jämfört med andra lignocellulosiska råvaror som halm, träbaserade råvaror för bioraffinaderi har störst potential att ersätta fossila föreningar i den kemiska industrin. Att etablera konkurrenskraftiga värdekedjor baserade på lignocellulosiska råvaror kommer inte bara att säkra ett rikligt alternativt industriellt råmaterial utan också stärka konkurrenskraften för biobaserade kemikalier och material jämfört med deras fossilbaserade motsvarigheter.

Det EU-finansierade Horizon 2020 ReTAPP-projektet undersökte produktionen av fruktossocker med hjälp av lignocellulosisk biomassa från lövträ och lövträ. "Forskare använde enzymlösningar för att ersätta livsmedel/stärkelsebaserad fruktos med träbaserad fruktos och förberedde hela värdekedjan för att lansera produkten på marknaden, säger projektkoordinator Matti Heikkilä.

Bättre konverteringsfrekvenser

Initiativet bedrev verksamhet inom två huvudområden. Den första involverade testningen, skala upp och demonstrera effektiviteten hos enzymerna samt den innovativa tekniken som utvecklats av projektpartners i industriella miljöer. Den andra serien utvecklade tekniken till ett kommersiellt livskraftigt företag genom att ta fram ett business case, identifiera potentiella kunder och marknader för produkten, och förbereda kommersiella partners.

Projektpartners från tre europeiska små och medelstora företag optimerade och demonstrerade produktionsprocesserna. De inkluderade SEKAB E-Technology, som specialiserat sig på trä-till-socker-teknik, och Avantium Chemicals, en världsledande inom tillverkning av polyetylen furandikarboxylat (PEF) harts. PEF är ett revolutionerande 100 procent biobaserat alternativ till polyetentereftalat (PET), en vanlig plastform som används i flaskor och förpackningar.

En tredje kommersiell partner, MetGen, utvecklat nya glukosisomerasenzymer som effektivt kan omvandla träbaserat glukos till fruktos. "Våra resultat var mycket bättre än för de enzymer som traditionellt används vid kommersiell fruktosproduktion med en omvandlingsfrekvens på över 50 procent i stort, multi-ton pilotprov, ”förklarar Heikkilä.

Flera fördelar

Konsortiet uppskalade enzymproduktionen till en industriell skala. Genom att utveckla produktionen av bulkkemikalier från trä, fruktos kan fungera som ett möjligt icke-livsmedelsbaserat förnybart råmaterial för att producera PEF via föregångaren furandikarboxylsyra (FDCA). "Tekniken testades i bioraffinaderiets demonstrationsanläggning i Örnsköldsvik, Sverige. Det kan användas ytterligare av andra projekt och kunder som kräver industriellt cellulosasocker för biokemisk produktutveckling nedströms, "konstaterar Heikkilä.

En ekonomisk studie på hög nivå av ReTAPP-värdekedjan visade initiativets ekonomiska livskraft, medan miljölivscykelanalyser indikerade en tydlig minskning av växthusgasutsläpp jämfört med de konventionella vägar som för närvarande används för fruktosproduktion.

ReTAPP stöder införandet av ekonomiskt genomförbara alternativ, underlätta övergången från fossilbaserade råvaror till hållbara träbaserade kemikalier, material, bränslen och energi. Detta kommer att förbättra samhällets miljöpåverkan och minska koldioxidavtrycket. Heikkilä påpekar:"Vi demonstrerade den biobaserade värdekedjan för 100 procent förnybara förpackningar som är billigare och har bättre barriäregenskaper än PET med andra generationens råmaterial, nämligen trä. All ny teknik som utvecklats och implementerats under detta projekt kommer att använda mycket rikliga hållbara resurser i Europa och skapa nya jobb inom bioraffinaderisektorn. "