Millioner af mennesker verden over drikker dagligt appelsinjuice, som både smager lækkert og er fyldt med næring.
Nu indikerer ny forskning, at det har potentiale langt ud over morgenbordet.
Kemikalierne i appelsinskræl kan bruges i produkter, der spænder lige fra plastik til paracetamol – og hjælpe med at bryde med vores afhængighed af råolien.
Vores samfund er fuldstændig afhængigt af de kemikalier og materialer, der udvindes fra vores svindende beholdning af fossile brændstoffer.
Knap 50 procent af citrusfrugterne går til spilde
Der er et globalt stigende fokus på udviklingen af fornyelige, kemiske råmaterialer fra en række bæredygtige kilder, som for eksempel sukkerrør og fedtsyrer til produktionen af biologisk brændstof.
De æteriske olier i citrusfrugternes skræl er fyldt med mange forskellige kemiske stoffer, og det bliver udforsket med stor entusiasme.
Det ser meget lovende ud. Når appelsinjuice presses industrielt, benyttes der en meget ineffektiv og spildproducerende produktionsmetode, hvor knap 50 procent af frugten smides væk.
Det skaber en reel mulighed for at udvikle en bæredygtig kemikalieforsyning fra de mange forskellige molekyler, der ligger gemt inde i skrællen.
Limonen – en alsidig byggeklods
Nye beregninger estimerer, at der cirka spildes 20 millioner ton citrus hvert år.
Cirka 95 procent af olien udvundet fra skrællerne, der bare går til spilde, består af de såkaldte ‘limonen’-molekyler.
Limonen, 4-isopropenyl-1-methyl-cyklohexan, C10H16, er en farveløs væske med en citronagtig lugt og et kogepunkt på 176°C (Limonen forekommer almindeligt i naturen i helt op til 90 procent i olier fra for eksempel citrusfrugter, kommen og dild, red.).
Der kan årligt udvindes cirka 125.000 ton limonen fra citrusfrugtskrællerne.
I øjeblikket udvindes limonen ved destillering – det vil sige, at man adskiller eller renser flygtige stoffer ved kogning og derefter afkøler dampen, så den fortættes til en væske eller i dette tilfælde olie.
Ny, hurtig og energibesparende proces under udvikling
For nylig begyndte forskerne ved York University i Storbritannien at efterforske mikrobølge-udvindingsteknikker som et mere grønt alternativ.
Forskerholdet placerede ganske enkelt appelsinskræller og et organisk opløsningsmiddel i en mikrobølgeovn og varmede det i 30 minutter.
Vandmolekylerne i skrællen begyndte at koge, hvilket fik cellerne til at sprænges, så limonen-væsken kunne flyde ud.
Det gav et rigtig godt resultat. Det er en hurtigere og energibesparende proces, der producerer dobbelt så meget limonen-væske, der er af en højere kvalitet end ved den konventionelle metode.
Limonen kan omdannes til nyttige produkter
Men hvad er det, der gør limonen så nyttig? Carbonhydrider – kulbrinter – ligner de kemikalier, vi udvinder fra fossile brændstoffer meget. For eksempel er det flydende og har det samme kogepunkt.
Den teknologi, vi i øjeblikket bruger til de petrokemiske råmaterialer, kan benyttes direkte til at omdanne limonen til brugbare produkter.
Det kan gøres ved at udnytte limonens to dobbeltbindinger mellem carbonatomerne. Disse forbindelser kaldes også for umættede og kan bruges til en række kemiske transformationer.
Banebrydende opdagelse: Forskerne skabte polyester
Limonen kan også bruges til fremstillingen af polymerer. Kemikerne er altid på udkig efter nye måder at sammenkæde molekyler til lange polymerkæder, så de kan bruges til en række produkter som for eksempel polypropylen (propylen-molekylekæde), fibre der bruges til tæpper eller polyethylen (ethylen-molekylekæde) til fremstilling af plastikflasker.
I 2006 beviste forskerne ved Cornell University, hvor god denne strategi kan være. Ved at kombinere limoneneoxid – en limonene-molekyle og en oxygen-atom – med carbondioxid i et vekslende mønster, skabte de polyester, som bruges i mange vævede og strikkede stoffer.
Denne banebrydende opdagelse er de seneste år blevet fulgt op med andre polymerer-formerende reaktioner, heriblandt andre typer polyester, ved at erstatte carbondioxid med alternative byggeblokke.
Polyurethaner er syntetiske polymerer, som har fundet vej ind i vores hjem – lige fra skumpuder til skosåler. På nuværende tidspunkt kommer råmaterialerne fra fossile brændstoffer, men en række limonen-baserede substitutioner er for nyligt blevet identificerede.
Limonen til fremstilling af paracetamol
I Tyskland har forskerne produceret en ny polyurenthan-lignende plastik, der er centreret om limonen. Produktets egenskaber og hårdhed kan med lethed bruges i udviklingen af en række husholdningsartikler.
Udviklingen af limonen-baserede materialer stopper dog ikke ved forbrugsgoder.
For nylig blev limonene brugt som bindemiddel i tynde selvlysende strimler til fremstillingen af avancerede optiske materialer.
Limonen vil også i fremtiden kunne bruges til fremstillingen af medicin. Mit forskningsteam ved University of Bath efterforsker for tiden fremstilling af paracetamol med limonens carbonskelet.
Vi håber at kunne bruge appelsinskræller, der ellers bare ville gå til spilde, til udvikling af det meget brugte smertestillende middel gennem kemiske transformationer og den nyeste og mest avancerede polyteknik.
Forhindringer, der skal overkommes
Limonen har bestemt potentiale til at blive en vigtig komponent i en biobaseret kemisk industri. Det er endnu et helt nyt felt, og der findes ikke limonen-baseret plastik på markedet.
Vi mangler stadig at finde en pålidelig forsyning af limonen og en miljøvenlig forarbejdningsmetode, da mange af de nævnte fremstillingsmetoder stadig bruger petrokemiske tilsætningsstoffer.
Limonen, terpener og terpenoider – kemiske betegnelser for en gruppe organiske stoffer, som afgives fra mange planter – er kun en del af de fornyelige råvarer.
Der findes grundlæggende tre typer af bioplast: stivelsespolymerer, polymerer fremstillet ved kemisk syntese (for eksempel PLA, polylactic acid) og polymerer fremstillet ved biologiske processer (for eksempel PHA, polyhydroxyalkanoat). De har alle tilfælles, at de produceres ud fra fornyelige råvarer, såsom majs.
Andre plastikbyggeblokke stammer fra planter – som Coca Colas PlantBottle teknologi. Plastik fra disse råvarekilder kan indeholde en stor mængde oxygenatomer, som resulterer i andre – men komplementære – egenskaber.
Tilgængeligheden af limonen er afhængig af vejret i Brasilien og Florida og vores trang til appelsinjuice.
Kommunalt affaldsmateriale kan bruges til limonen
Selv hvis al det nuværende limonen fra spildet fra citrusfrugterne blev omdannet til polymerer, er det kun en dråbe i havet af alle de råmaterialer, der skal til for at dække den globale plastikproduktion.
Men hvis kan udnytte al spildet fra citrusfrugterne, vil mængden af limonen stige. Mere effektive udvindingsteknikker og biotekniske fremskridt vil også være en stor hjælp.
Mit forskningsteam efterforsker desuden, hvordan vi kan modificere bakterier fra kommunalt affaldsmateriale og udskille limonen derfra.
Fremskridt som disse kan hjælpe med til at bryde vores afhængighed af råolie, selvom de ikke lige er rundt om hjørnet.
Molekyler som limonen vil uden tvivl være en farverig del af vores fælles fremtid.
Marc Hutchby er medlem af Royal Society of Chemistry og er tilknyttet et projekt, der modtager støtte fra EPSRC. Denne artikle er oprindeligt publiceret hos The Conversation.
Oversat af Stephanie Lammers-Clark
