Hvordan skaber vi en hverdag uden olie? Svaret ligger måske gemt i planter
Putin har gjort det spørgsmål endnu mere aktuelt. Lignin, et stof i planter og træer, kan være en del af løsningen.
lignin_olie_sortenergi_olieerstatning_erstatning_grønplastik_materiale_bioraffinering_grøn_erstatning

1010 tons. Så meget lignin dannes hvert år på verdensplan. I vægt er det 100 gange USA’s olieproduktion i år 2020. I fremtiden kan lignin muligvis erstatte olie og bruges til plastikerstatning, forbedrede batterier og mindske forurening. (Collage: Forskerzonen/Shutterstock)

1010 tons. Så meget lignin dannes hvert år på verdensplan. I vægt er det 100 gange USA’s olieproduktion i år 2020. I fremtiden kan lignin muligvis erstatte olie og bruges til plastikerstatning, forbedrede batterier og mindske forurening. (Collage: Forskerzonen/Shutterstock)

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.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.

Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.

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
  • En heterogent (varieret) sammensat polymer-struktur bestående af aromatiske, kemiske forbindelser (6-leddede kulstofringe).
  • Findes i landplanter, i de ikke-spiselige dele af planten såsom strå, skal-dele og træmasse.
  • Beskytter plantens cellulosefibre ved at danne et beskyttende netværk omkring fibrene, der også giver planten styrke.
  • Beskytter planten mod angreb fra sygdomsfremkaldende bakterier og svampe.
  • Hjælper planten med at danne vandkanaler til transport af vand og næringssalte.

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.

Red Verden: Stort tema i gang


I en stor serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Du kan debattere løsninger med over 6.500 andre danskere i Facebook-gruppen Red Verden.

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.

lignin_olie_sortenergi_olieerstatning_erstatning_grønplastik_materiale_bioraffinering_grøn_erstatning

Skematisk tegning af opbygningen af plantemasse, hvor fiberstrukturerne, som primært består af cellulose, er omkranset af lignin (markeret med gult), der ligger som et beskyttende lag mod sygdomsangreb, og som giver styrke til fibrene. Lignin kan potentielt erstatte olie i en lang række sammenhænge. (Figur: Nishimura et. al)

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.

Lignocellulose i nutiden og i fremtiden

Plante-biomasse og lignocellulose vil ikke alene være løsningen på, hvordan et fossilfrit samfund skal opbygges.

Også andre væsentlige aktører og parametre vil få indflydelse, heriblandt fiksering af CO2 (carbon capture) som alternativ kulstofforsyning, genanvendelse af materialer, og vores fælles ansvar for at bruge ressourcer med omtanke.

Det er dog vanskeligt at forestille sig, at verdens største, fornybare kulstofkilde – plante-biomasse – ikke skal være en del af de fremtidige ressourceplaner.

Det medfører også, at bæredygtig og strategisk skov- og jordbrug vil spille en afgørende rolle i fremtiden.

I modsætning til nogle af de mere traditionelle måder at anvende lignocellulose på (se mere i boksen under artiklen), skal nye måder at udnytte plantebiomassen tage højde for, at de forskellige elementer (cellulose, lignin og de øvrige andre komponenter som f.eks. xylan og pektin) kræver særlige og specifikke udvindingsmetoder.

Desuden skal disse udvindingsmetoder være bæredygtige i sig selv, så der spares på energi og skadelig kemi, og her er netop enzymbaserede processer særligt velegnede teknologiformer.

I Danmark er vi verdensmestre i ny bioteknologi, og derfor har vi et klart forspring i forskning og udvikling mod bæredygtig erstatning af olie med lignocellulose.

Vi skal bare turde gribe chancen. 

Fakta om enzymer
  • Er proteiner, som får kemiske og biologiske processer til at forløbe hurtigere end de ville gøre uden enzymernes medvirken (dvs. de virker som katalysatorer).
  • Indgår ikke selv i disse reaktioner og opbruges derfor ikke. De kan altså foretage den samme katalyse mange gange.
  • Findes i alle biologiske systemer og organismer.
  • Er udviklet til hver i sær at katalysere én bestemt reaktion. Dvs. at der findes et specifikt enzym til hver enkelt reaktion.
  • Fungerer efter et ’”nøgle-i-lås’”-princip, hvor enzymet virker, når et molekyle (kaldet substrat) passer som en nøgle i en lås i enzymets struktur. Enzymet er dermed låsen, og substratet er nøglen.
  • Katalyserer typisk reaktioner ved naturlige betingelser (dvs. neutral pH, 20-40 °C og atmosfærisk tryk). Det betyder, at der ikke er særlige energi- eller miljømæssige belastninger ved anvendelse af enzymer i industrielle sammenhænge.
  • Bliver anvendt i vid udstrækning i industrien og i hverdagen – , i bblandt andet i fødevareproduktion (mejeri, kødforarbejdning, juicefremstilling, bryggeri og bageri) og i vaskepulver. 
Lignocellulose og teknisk lignin

Faktisk bruges lignocellulose allerede til forskellige formål. Et eksempel er til produktion af papir og pap, men her er det cellulosen, der er målet.

Ren cellulose giver fint, hvidt papir, så i den sammenhæng er lignin en betydelig forhindring på vejen.

Papirindustrien bruger stærke, basiske kemikalier og varmebehandling for at fjerne lignin fra cellulosen med det resultat, at der dannes et restprodukt; teknisk lignin.

Teknisk lignin er kraftigt nedbrudt, og netop derfor kan det ofte ikke bruges til andet end afbrænding. 98% af den lignin-masse, som i dag kommer igennem papirproduktion, brændes af.

Papirproduktion er bestemt et anerkendelsesværdigt formål for cellulose, men det store spørgsmål for fremtiden er, om vi ikke kan gøre det lidt bedre, end det vi gør nu?

Der ligger gigantiske muligheder for udnyttelse af både lignin og cellulose til værdifulde formål, hvis vi begynder at anse hele plantemassen som en dyrebar ressource og ikke kun fokuserer på cellulosen.

Red Verden med Videnskab.dk

I en konstruktiv serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Vi tager fat på en lang række emner – fra atomkraft og indsatser for at redde dyrene til, om det giver bedst mening bare at spise mindre kød.

Hvad siger videnskaben? Hvad kan man selv gøre hjemme fra sofaen for at gøre en forskel?

Du kan få mange gode tips og råd i vores Facebook-gruppe, hvor du også kan være med i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om de utrolige billeder af Jupiter her.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk