Biobrændstof: Teknologien er klar, men planterne mangler
Fremtidens power-planter skal både kunne levere fødevarer og biomasse nok til at kunne bruges som biobrændstof. Men hvordan skaber man den slags næsten overnaturlige planter?

Biobrændstoffer har et kedeligt ry for at tage brødet ud af munden på folk. De afgrøder, der skal bruges til at fylde maver, fyldes i stedet på biler.

Om dét er sandt, er en større samfundsøkonomisk diskussion. Men den kan man sandsynligvis komme helt uden om, hvis de afgrøder, der dyrkes, kan levere både fødevarer og biomasse nok til at dække begge behov.

Danske forskere har med det for øje udviklet metoder til at finde og forædle planter, der kan levere både biomasse og føde på én gang. Nu mangler de bare at finde planter, der kan forsyne 10 milliarder mennesker med mad og energi i fremtiden.

»Ingen har lavet den slags forskning før. Så vi ved ikke, om vi skal dyrke planterne på samme måde som allerede bliver gjort i dag, eller om vi skal bruge en anden form for gødning eller dyrkningsmetode for at fremme de egenskaber, som vil gøre planterne egnede til både føde og biomasse,« forklarer professor Claus Felby fra Københavns Universitet.

Teknologien er klar – planterne mangler

I dag er der forskel på, hvilken afgrøde man vælger, alt efter om det er mad eller brændstof, der skal hentes ud af markerne. Men forskerne mener altså at have fundet frem til potentielle planter, der kan forene de to behov i samme afgrøde.

Fakta

Denne artikel indgår i en serie, der viser, hvordan strategisk forskning kan bidrage til at løse konkrete samfundsproblemer. Artikler og videoer bringes som led i et samarbejde med Det Strategiske Forskningsråd.

»Vi har sådan set teknologien klar, men vi mangler at finde frem til de planter, der kan gøre det muligt at forsyne 10 milliarder mennesker med mad og energi i fremtiden. Hvis vi kan finde sorter, der både har mange kerner til mad og meget biologisk affald, kan vi - uden at ændre meget i landbruget - forøge biomassen med 50-100 procent.«

»Det vil betyde, at vi kan få biobrændstof til forsyne samtlige verdens skibe og halvdelen af verdens fly,« fortæller Claus Felby, som er professor ved Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, Skov, Natur og Biomasse på Københavns Universitet.

Claus Felby er også koordinator for en tværvidenskabelig gruppe af danske forskere, organiseret i konsortiet Bio4Bio, der står bag den nye forskning, som blandt andet er finansieret af Det Strategiske Forskningsråd.

Mange blade giver meget biobrændstof

Det har vist sig, at planter med mange blade er bedst egnede til biobrændstof. Når en plante skal nedbrydes, tilsættes enzymer. Blade er lettere at nedbryde end stængler og kræver derfor både mindre energi og færre enzymer.

Nu skulle man tro, at så snart generne for mange blade er identificeret, så er det nemt at DNA- sekventere forskellige planter og finde de helt rigtige. Men det er ikke nok bare at udvælge planter ud fra deres genmateriale.

Fakta

Bio4Bio – Centre for development and implementation of biotechnology for bioenergy – er et konsortium bestående af otte danske universiteter og virksomheder, hver med deres ekspertise på meget specifikke områder.
Bio4Bio med et budget på knap 38 millioner kroner er blandt andet finansieret af Det Strategiske Forskningsråd. Projektperioden afsluttes i 2014.

En plante kan - ligesom et menneske - bære nogle gener, som ikke nødvendigvis kommer til udtryk. Vækst, robusthed, evne til nedbrydning og mange andre faktorer er afhængige af det miljø, planten vokser op i. Det kaldes fænotypen og er de fremtoningsprægede egenskaber.

»Vi er ved at bevæge os væk fra kun at teste genotyper til også at kigge på fænotyperne. Viden om generne har kun lille værdi, hvis vi ikke også ved, hvordan de påvirker fænotyperne,« fortæller Claus Felby.

For planter er udfordringen ekstra stor, fordi de har en enorm variation i fænotyperne. Det skyldes, at de ikke kan bevæge sig og skal tilpasse sig meget store ændringer i deres omgivende miljø. Derfor er forskerne i Bio4Bio nu gået videre med at forædle sorter, screene mutanter og opstille forsøg på marker.

Forskningen rykker ud på markerne

Måden at analysere, hvilken dyrkningsform der udvikler hvilke fænotyper, er simpel.

I første omgang har forskerne testet 15 hvedesorter, som viste potentiale under robot-analyse. Alle sorter blev plantet tre forskellige steder og blev dyrket med tre forskellige niveauer af gødning.

Fakta

Genotype beskriver, hvilke genvarianter en organisme bærer på - selve arvematerialet. Fænotype er, hvad der kommer til udtryk hos den individuelle organisme.

For eksempel kan en plante have en genotype, der giver mulighed for at være modstandsdygtig over for meget salt. Men plantens fænotype - hvor modstandsdygtig den bliver – kan være individuel. Det kommer helt an på dens opvækst; hvilket miljø, næring og andre ydre faktorer den bliver udsat for.

Fænotypen kan man ikke altid se med det blotte øje, men den kan beskrives molekylært, alt efter hvordan cellerne reagerer på stimuli.

De 45 prøver blev derefter sendt på besøg hos robotten. Udover at se på, hvilke egenskaber der kom ud af de forskellige gødningsniveauer, var et vigtigt mål også at vurdere andre parametre:

  • Hvor nemt det er at findele plantematerialet
  • Hvor stort varmetryk det skal udsættes for
  • Hvilke enzymer sætter bedst gang i nedbrydningen på den mest økonomiske måde 

Stille og roligt opbygges en database over plantemateriale, og hvordan det skal behandles.

Robotten skal flytte ud på fabrikkerne

En ting er den konkrete kortlægning af, hvilke planter vil være egnede til mad/brændstof. Men forløbet har et formål mere. For at man for alvor kan begynde at tage 2. generations biobrændstoffer seriøst, skal produktionen kunne lade sig gøre i stor skala.

Da biomasse vil variere, alt efter hvor den kommer fra, og hvordan de lokale forhold har været, er der brug for et værktøj, der kan analysere de enkelte leveringer af biomasse.

»Den platform, vi har opbygget, kan ikke bare bruges i forskningen. Den kan også være et vigtigt værktøj på fabrikkerne, når produktionen skal justeres. Det har vores platform vist, at den kan,« fortæller Claus Felby.

I dag befinder der sig en fabrik til at fremstille 2. generations biobrændstoffer i stor skala i Italien. I USA forventes det, at to fabrikker kan tages i brug i løbet af 2014, og tre ventes at åbne i Brasilien i løbet af 2015. 

Robot analyserer plantemolekyler

Første skridt hen mod målet om at skabe fremtidens superplanter har været at forstå, hvilke kemiske strukturer der gør planter velegnede til biobrændsel.

Selvom planter af samme sort kan se ens ud på overfladen, kan molekylestrukturen i planternes cellevægge være forskellige, så de reagerer meget forskelligt på kemisk påvirkning. Nogle vil være nemmere at nedbryde til de sukkerstoffer, der skal bruges til biobrændstof, end andre.

En måde at finde ud af, hvilke planter der er mest egnede, er praktiske undersøgelser, hvor små prøver af plantemateriale knuses, vejes og gennemgår en kemisk analyse.

Eftersom der findes et utal af muligheder for, hvordan biologisk materiale reagerer i forbindelse med forskellige enzymer, temperaturer og tryk, er det et kæmpe analysearbejde at finde frem til vinderne. Så en vigtig del af etableringen af forskningen inden for biobrændstoffer har været at integrere den teknologi, som bruges i lægemiddelindustrien, hvor man tester store datamængder.

På universitetet har man opstillet et robotsystem, som kan teste disse gigantiske datamængder. Fra at kunne teste fem planteprøver om dagen, kan man nu teste 500 prøver for de egenskaber, man leder efter. Og den flittige robot har indtil videre testet over 20.000 planteprøver.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker