Polska i inne kraje UE generują setki kilogramów odpadów komunalnych na mieszkańca rocznie - podkreślili w komunikacie prasowym autorzy badania, naukowcy z Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Poznańskiej. Organiczna część tych odpadów – resztki jedzenia, fusy, skórki owoców – trafia dziś głównie do biogazowni lub kompostowni. Tymczasem te same materiały mogą być cennym surowcem do produkcji bio-opartych chemikaliów, zastępując procesy oparte na ropie naftowej.

Fermentacja z wykorzystaniem mieszanych kultur mikroorganizmów jest znana od dawna. Jednak dotychczas trudno było kontrolować, jaki konkretnie produkt powstaje w jej trakcie. Naukowcy z Politechniki Poznańskiej zbadali, jak trzy parametry procesu – temperatura, kwasowość środowiska (pH) oraz czas przebywania masy w reaktorze – pozwalają precyzyjnie sterować produkcją konkretnych chemikaliów.

Naukowcy przygotowali syntetyczne odpady komunalne złożone z warzyw, owoców, pieczywa, ryżu i makaronu – odwzorowując skład typowego pojemnika na bioodpady. Przez 150 dni prowadzili fermentację w reaktorach laboratoryjnych, systematycznie zmieniając warunki.

Temperatura 37 st. C i krótszy czas fermentacji sprzyjają produkcji kwasu bursztynowego, stosowanego m.in. w bioplastiku i lekach – ze średnią selektywnością 35 proc. Ta sama temperatura, ale wyższe pH i dłuższy czas fermentacji, prowadzi do dominacji kwasu kapronowego – składnika kosmetyków i środków zapachowych. Przy temperaturze 50 st. C bakterie wytwarzają głównie etanol i kwas mlekowy.

Kluczowym partnerem badań było Wageningen University & Research w Holandii – instytucja konsekwentnie zajmująca czołowe miejsce w światowych rankingach uczelni rolniczo-przyrodniczych i środowiskowych. Holenderski zespół pod kierunkiem prof. Diany Z. Sousy wniósł specjalistyczną wiedzę z zakresu analizy składu mikrobiomów, uzupełniając kompetencje poznańskiego zespołu BioRef w dziedzinie inżynierii bioreaktorów i inżynierii środowiska. Ta transgraniczna współpraca wpisuje się w europejski nurt budowania biogospodarki opartej na odpadach.

Jakie znaczenie mają opisane badania? Przemysł chemiczny wciąż w ogromnej mierze opiera się na ropie naftowej. Kwas bursztynowy czy kapronowy, produkowane dziś petrochemicznie, mogą być wytwarzane z odpadów organicznych – bez potrzeby sterylnych warunków i bez droższych, czystych kultur bakterii. Co więcej, ta sama instalacja może produkować różne chemikalia w zależności od ustawień. Otwiera to drogę do elastycznych lokalnych biorafinerii, które przetwarzałyby frakcję organiczną odpadów komunalnych zbieraną w miastach, zamykając pętlę obiegu węgla i zmniejszając emisję gazów cieplarnianych - zwrócili uwagę naukowcy z Politechniki Poznańskiej.

„Wykazaliśmy, że zmieniając zaledwie kilka parametrów operacyjnych, możemy kierować te same konsorcja bakterii ku produkcji różnych chemikaliów. To otwiera drogę do elastycznego zarządzania bioprodukcją z odpadów – bez potrzeby modyfikacji genetycznych czy kosztownych sterylnych instalacji” - podkreślili autorzy badania, pierwsza autorka Hanna Prusak (doktorantka) i lider zespołu prof. Piotr Oleśkowicz-Popiel.

Jego wyniki przedstawiono na łamach „Green Chemistry”. Badanie było finansowane przez NCN. (PAP)

zan/