Der er fart over feltet i dansk forskning i miljøvenlig bioethanol, som er udset en vigtig rolle som brændstof i fremtiden.
Hen over efteråret 2014 har danske forskere således været involveret i forskningsprojekter, der blandt andet har vist, hvordan man genetisk kan designe planter, der lettere bliver nedbrudt til bioethanol, og hvordan hastigheden på bioethanolfremstillingen kan sættes i vejret af varmetolerante enzymer.
Nu kommer endnu et dansk bidrag til den forskning, der forhåbentligt en dag kan få biler og kraftværker til at køre på køkkenaffald og restprodukter fra høsten.
Forskere fra Roskilde Universitet har nemlig fået plantenedbrydende enzymer til at arbejde dobbelt så hurtigt, som normalt.
Da nedbrydningen af planterne er det begrænsende og dyre trin i bioethanolfremstilling, betyder det, at det nye enzym potentielt set kan få hele produktionen af bioethanol til at gå dobbelt så hurtigt som ellers - og det endda til en lavere pris.
Bioethanol bliver hurtigere og billigere
Det får drømmen om en mere bæredygtig fremtid til at rykke tættere på.
»At vi ikke bruger miljøvenlig andengenerations bioethanol i stor skala i dag skyldes prisen på at producere det. Det er simpelthen for dyrt at lave, til at nogen vil købe det.«
»Vores enzym får produktionen til at gå hurtigere, og dermed bliver det billigere at lave. Det bringer os tættere på målet om i fremtiden at erstatte en stor del af de fossile brændstoffer med miljøvenlig bioethanol,« fortæller ph.d.-studerende Johan Pelck Olsen fra Institut for Natur, Systemer og Modeller på Roskilde Universitet (RUC).
Det hurtige enzym er for nyligt blevet præsenteret i det videnskabelige tidsskrift The Journal og Biological Chemistry.
Kollega: Spændende forskning
Professor Claus Felby fra Københavns Universitets Institut for Skov Natur og Biomasse forsker i netop udnyttelsen af naturens ressourcer til blandt andet bioethanolfremstilling. Han har ikke deltaget i det nye studie, men har læst det.
Ifølge Claus Felby er RUC-forskernes opdagelse spændende og tager hånd om en af de helt centrale problemstillinger vedrørende fremstilling af andengenerations bioethanol.
\ Fakta
Cellulose, der er strukturmolekylet i cellevægge, er utroligt svært at bryde ned. Det er også grunden til, at koen har fire maver for at kunne leve af græs, som i store træk kun består af cellulose. Dog kan forskellige enzymer nedbryde cellulosen til blandt andet sukker, som kan videreomdannes til andengenerations bioethanol. Fordelene ved andengenerations bioethanol er mange. Blandt andet behandles mange planterester i dag blot som affald. Det ’affald’ kan omdannes til brændstof, der er 100 procent CO2-neutralt.
»Det her enzym er bioethanolfremstillingens flaskehals. Produktionen kan ikke gå hurtigere, end det her enzym kan følge med. Derfor er det interessant, at forskerne nu har fået det til at arbejde dobbelt så hurtigt. Man må forvente, at det også kan gøre resten af processen dobbelt så hurtig,« siger Claus Felby.
Bruger enzym fra Anden Verdenskrig
Når vi snakker om andengenerations bioethanol, snakker vi om 'biobrændstof' eller 'biobenzin', der bliver produceret af planterester, hvilket eksempelvis kan være overskuddet af strå og stængler fra høsten af forskellige kornsorter.
Første generations bioethanol bliver fremstillet af selve kornprodukterne eller majsene, men i en verden med hungersnød mange steder, er det etisk svært at forsvare, at industrilandenes biler skal køre på benzin lavet af overskudsmad.
Derfor er andengenerations bioethanol langt mere interessant, da det vil kunne udnytte et restprodukt, som vi alligevel ikke bruger til noget i dag.
Problemet i den sammenhæng er dog, at strå og stængler i store træk består af cellulose, som er svært at nedbryde. Derfor kræver det nogle helt specielle enzymer at få pillet cellulosen fra hinanden, så den først kan blive til sukker og derefter til bioethanol, som kan fyldes i benzintanken.
I den sammenhæng har forskerne fra RUC kastet deres kærlighed over et enzym, som allerede under Anden Verdenskrig viste, at det kunne rive cellulose fra hinanden.
»Vi arbejder med et enzym fra en rådsvamp, som blev kendt under Anden Verdenskrig, fordi det fik teltene til rådne op. Det er altså ganske glimrende til at nedbryde cellulose i forvejen. Enzymet blev allerede strukturelt kortlagt for 20 år siden, og vi har så kigget på, hvordan vi kunne ændre på strukturen for at gøre enzymet hurtigere,« siger Johan Pelck Olsen.
Enzym skal slippe grebet
I deres arbejde har forskerne lagt strukturen fra det cellulosenedbrydende enzym ind i en computermodel. Det gjorde det muligt for dem virtuelt at manipulere med enzymet i 3D.
Forskerne arbejdede ud fra en teori om, at de kunne sætte hastigheden op på processerne ved at sørge for, at enzymet ikke bandt så kraftigt til cellulosen.
Derfor ændrede de på enzymets struktur forskellige steder for at løsne enzymets greb.
»Når enzymet ikke sidder så godt fast til cellulosepartikler, slipper det også hurtigere grebet og kan hoppe hen på det næste cellulosepartikel, når det første er blevet nedbrudt. Derved bliver hele nedbrydningsprocessen hurtigere,« forklarer Johan Pelck Olsen.
\ Fakta
Claus Felby sammenligner udnyttelsen af plantemateriale i dag med udnyttelsen af olie omkring år 1850. Dengang var alt andet end petroleum et spildprodukt. Det svarer lidt til, at alt andet end korn fra høsten af afgrøder er et spildprodukt i dag. Claus Felby tror dog, at vi langsomt vil udnytte mere og mere af det plantemateriale, som bliver groet på marken. Det første skridt bliver at lave stængler og strå om til bioethanol, men der vil formentlig også komme mange flere udnyttelsesmuligheder i fremtiden – præcis som man så med olien, der i dag også bliver brugt til at lave eksempelvis benzin og plastik.
Da forskerne først havde lavet de virtuelle ændringer, gik de videre med at lave dem i virkeligheden også.
Det gjorde de ved at ændre på den DNA-kode, som er ansvarlig for, at enzymet kommer til at se ud, som enzymet nu en gang gør.
Ved at ændre på DNA-koden og sætte DNA'et ind i en svamp, fik forskerne produceret enzymet og kunne derefter se, at det virkede, som deres computermodel havde forudsagt.
Enzymet har de patenteret.
Skal omsættes til industri
Betyder det så, at vi kan tanke billig andengenerations bioethanol fra næste uge af?
Nej, det betyder det ifølge Johan Pelck Olsen ikke. Der er stadig en masse ting, der skal falde på plads, før den grundvidenskabelige opdagelse kan blive anvendt industrielt.
For det første har forskerne kun testet deres enzym på rent cellulose fra en dåse. De har dermed reelt set ingen idé om, hvorvidt enzymet også er dobbelt så hurtigt som normalt, når de fodrer det med køkkenaffald.
Derfor har forskerne også samarbejdet tæt i med Novozymes i hele udviklingen af proteinet.
'Træerne vokser ikke ind i himlen'
Tanken er nu, at Novozymes skal føre arbejdet videre mod en industriel udnyttelse af forskernes opdagelse.
»Vi vil selvfølgelig fortsætte med at se på, hvordan vi kan optimere på enzymet, og om andre enzymer måske bliver endnu mere effektive af, at vi ændrer på deres strukturer. Andre må tage sig af den mere ingeniørmæssige opgave med at få enzymet til at opføre sig på samme måde uden for laboratoriet som inde i laboratoriet,« siger Johan Pelck Olsen.
Professor Claus Felby er enig:
»Det er skide spændende, at de har fået enzymet til at arbejde dobbelt så hurtigt, men træerne vokser heller ikke ind i himlen. Opgaven for forskerne bliver at få gjort enzymet robust nok til også at kunne fungere i en industriproces. Kan de det, kan man også forvente, at hele bioethanolfremstillingen kommer til at blive dobbelt så hurtigt,« slutter Claus Felby.
