Danske forskere opfinder nem vej til naturvenlig plastik
Det er lykkedes danske forskere at kopiere naturen og lave sukker om til mælkesyre i ét hug. Det kan bane vejen for en nem produktion af alt lige fra naturvenlige sodavandsflasker til ufarlige opløsningsmidler.

Danske forskere har fundet en genvej til at lave plastik, som kan nedbrydes hurtigt i naturen og skåne klima og miljø. (Foto: Colourbox)

Du kender det fra løbeturen, der er blevet lidt for lang. Dine ben syrer til, fordi iltforsyningen til dine muskler er ved at slippe op, og en del af sukkeret i dine muskler bliver lavet om til mælkesyre. Det svier.

Den reaktion er ikke kun interessant fra en kropslig synsvinkel men også fra en kommerciel.

For i dag er det muligt at omdanne sukker til mælkesyre i store fermenteringstanke med hjælp fra mælkesyrebakterier. Mælkesyren kan man så polymerisere og lave til ugiftige opløsningsmidler og naturvenlig plastik. Det man med andre ord kalder for bioplastik.

Bioplastik udmærker sig ved at være en mindre belastning for vores klima og miljø sammenlignet med de oliebaserede plastprodukter, som vi overvejende omgiver os med.

Problemet er, at det er relativt besværligt at lave bioplastik i dag. Den traditionelle fermenteringsmetode, som man bruger til at lave sukker om til mælkesyre, er en langsommelig proces med mange trin, som kræver regelmæssig overvågning og styring.

Den virkelighed har et dansk forskerhold fra Danmarks Tekniske Universiet (DTU) og Haldor Topsøe A/S tilsyneladende lavet om på.

Spalter sukkermolekyler

Det er lykkedes dem at lave en katalysator, der kan spalte sukker til mælkesyre i ét hug.

En katalysator skal forstås som en igangsætter eller en accelerator af en kemisk proces. Praktisk er det foregået ved, at forskerne har pumpet sukker opløst i træsprit (methanol) hen over en katalysator, hvor reaktionen foregik ved en temperatur på 160 grader, og så kom det ønskede produkt, mælkesyre methylester, ud i den anden ende.

Sukkerspaltende katalysator

Det er lykkedes danske forskere, som de første i verden, at lave en katalysator, som kan få kulhydrater (sukrose, glukose og fruktose) til at reagere og blive til mælkesyre methylester. Billedet er en model af katalysatoren, som har nogle små porer på størrelse med sukkermolekyler. Inde i porerne sidder der forskellige metalatomer som titan, tin og zirconium, som hjælper til med at katalysere reaktionen. Det betyder, at når et sukkermolekyle diffunderer ind i en pore, kan det reagere og blive spaltet til blandt andet mælkesyre methylester. Det åbner mulighed for at producere bionedbrydelig plastik på en ny og effektiv måde (Grafik: Esben Taarning, Science/AAAS)

Det er så stort, at et af verdens førende videnskabelige tidsskrifter, Science, har valgt at offentliggøre opfindelsen i dag.

»Det er lykkedes os at lave en hurtig genvej til at lave mælkesyreprodukter ud fra kulhydrater, som kun involverer et enkelt trin. Vi er med andre ord lykkedes med at efterligne en reaktion, som foregår meget effektivt i naturen. Modsat naturen har vi ikke brugt enzymer til at katalysere processen, men derimod en uorganisk katalysator. Det er første gang det er lykkedes i verden,« siger forsker og ph.d., Esben Taarning, fra Haldor Topsøe, som står bag de nye forskningsresultater, der blev til i samarbejde med ph.d.-studerende Martin Spangsberg Holm og postdoc Shunmugavel Saravanamurugan fra Kemisk Institut på DTU.

For at forstå, hvorfor den nye katalyserede reaktion er bedre end den konventionelle fermenteringsproces, som man anvender i dag, fortæller Esben Taarning:

»Hver gang man med fermentering producerer et ton mælkesyre, står man også med et ton calciumsulfat, som er et affaldsprodukt, som man skal skaffe sig af vejen. I vores nye katalyserede reaktion slipper man for kedelige affaldsprodukter«

Vigtigt for udbredelsen af bioplastik

Den nye og mere enkle vej til at producere mælkesyre kan blive en vigtig faktor for at gøre biobaseret plastik og opløsningsmidler mere udbredte og konkurrencedygtige.

I dag bliver størstedelen af al plastik og opløsningsmidler lavet ud fra råolie. Dette kræver meget energi og undervejs bliver der frigivet drivhusgas i form af CO2. Derudover er plastikken og opløsningsmidlerne svært nedbrydelige i naturen og kan være sundhedsskadelige.

»Hvis man for alvor kommer i gang med at lave plastik og opløsningsmidler fra kulhydrater frem for råolie, vil det blive til gavn for klimaet og miljøet,« siger Esben Taarning.

Naturvenlig colaflaske

Hvis man for alvor kommer i gang med at lave plastik og opløsningsmidler fra kulhydrater frem for råolie, vil det blive til gavn for klimaet og miljøet

Esben Taarning

Esben Taarning nævner en almindelig sodavandsflaske som eksempel. Den er lavet af PET-plastik, hvor PET står for polyethylene terephthalate og er en klassisk polymer lavet ud fra fossile kilder, altså råolie. Byggestenene i PET indgår ikke i biologiske processer, og sodavandsflasken er af den grund meget svært nedbrydelig. Omvendt, vil en sodavandsflaske lavet af bioplastik nedbrydes hurtigt i naturen.

»Når mælkesyrebaseret plastik nedbrydes, bliver det til mælkesyre, som jo er et stof, som naturen er helt vant til at håndtere, og vil derfor indgå helt naturligt i vores økosystem« siger Esben Taarning.

Den kendsgerning har eksempelvis fået Københavns kommune til at bruge mælkesyrebaseret plastic i deres skolemadordning, når det drejer sig om emballage og bestik.

Opløsningsmidler uden sundhedsrisiko

Opløsningsmidler er et andet eksempel, hvor danskernes nye opfindelse kan gøre en forskel. For mange opløsningsmidler er i dag af fossil oprindelse og giftige, fordi flygtige organiske forbindelser, Volatile Organic Compounds, damper af fra dem. Hvis man i stedet brugte opløsningsmidler baseret på mælkesyre, ville man ikke stå med dette sundhedsproblem.

»Plastik baseret på kulhydrater frem for råolie ville kunne åbne for en vifte af produkter lige fra mademballage over medicinsk udstyr til tøj. Det amerikanske firma, NatureWorks, er et bevis for, at der er et marked for de produkter. De laver deres bioplastik-produkter ud fra kulhydrater, der stammer fra majsstivelse,« siger Esben Taarning.

Men som det altid er med banebrydende forskning, åbner det også for en ny række spørgsmål og udfordringer. For eksempel er udbyttet af mælkesyre fra kulhydrater lavere i den katalyserede reaktion (ca. 70 pct.) sammenlignet med den klassiske fermentering (over 90 pct.)

»Det er en stor forskel, og derfor skal vi nu forsøge at gøre katalysatoren endnu bedre,« siger Esben Taarning.

Alle tre forskere har en fortid på DTU, hvor en stor del af det aktuelle forskningsarbejde er foregået. De har søgt patent på opfindelsen, som nu ejes af Haldor Topsøe A/S.

Videnskab.dk Podcast

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