Ladataan
Pääaiheet 100 tuoreinta Satakunta Koronavirus Live Urheilu Ajanviete Näköislehti Kulttuuri Porilaine Tähtijutut

Tampereen yliopistossa kehitettiin keino tehdä hyödyttömästä jätteestä polttoainetta auton tankkiin – ”Tulos on erittäin lupaava”

Maa- ja metsätaloudesta syntyvästä jätemateriaalista voidaan Tampereen yliopistossa kehitetyllä menetelmällä valmistaa geenimuokattujen bakteerien avulla korkealaatuisia synteettisiä voiteluaineita tai polttoainetta auton tankkiin. Milla Salmela on osoittanut väitöskirjassaan, että jäteaineksen muokkaaminen pitkäketjuisiksi ja keskipitkiksi hiilivedyiksi on mahdollista. Tulevaisuudessa menetelmää voidaan mahdollisesti käyttää mikrobeja hyödyntävissä biojalostamoissa. Metsäteollisuudessa ja maataloudessa sivuvirtoina syntyvää biomassaa muokataan arvotuotteiksi jalostamoissa. Laboratoriossa tuotetut määrät ovat toistaiseksi vielä hyvin pieniä, alle puolen gramman annoksia. – Tulos on kuitenkin erittäin lupaava. Varsinkin, jos saamme esikäsittelyvaiheesta tehokkaamman. Potentiaalia on, mutta työtä on tehtävä vielä vuosia, Salmela sanoo. Salmelan kehittämät solutehtaat valmistavat voitelu- ja polttoaineita ligniiniyhdisteistä, mutta näille geenimuokatuille bakteereille ravinnoksi voisi kelvata jokin muukin biologinen jätemateriaali. – Periaatteessa raaka-aineena voisi käyttää myös jäteastioihin kertyvää biojätettä. Erityisesti puutarhajätteessä ja kovissa kasviksissa on paljon ligniiniä sisältäviä aineksia. Suojelee ja tukee kasvia Polymeerissä on useita pieniä molekyyliyksiköitä peräkkäin. Biopolymeerejä syntyy luonnossa luonnostaan. Lignoselluloosa on kasvien soluseinän rakenne. Sen tehtävä on toimia tukirakenteena puille, kukille, ruohoille sekä muille kasveille ja suojella niitä. Lignoselluloosa koostuu kolmesta biopolymeeristä: ligniinistä, hemiselluloosasta ja selluloosasta. Ne ovat tiukasti toisiinsa kietoutuneina. – Selluloosa on kasvin se osa, josta paperia tehdään. Se on sokereista koostuva biopolymeeri, eli siinä on useita sokeriyksiköitä peräkkäin toisissaan kiinni, Salmela sanoo. Selluloosa ja hemiselluloosa ovat kasvin tukirakenteita. Ligniini liimaa ne yhteen. Ligniini voi muodostaa jopa kolmasosan kasvien kuivapainosta. Ligniinin, selluloosan ja hemiselluloosan muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan lignoselluloosaksi. Metsäteollisuudessa käytettävät puut koostuvat pääsääntöisesti lignoselluloosasta. Kun puumassaa prosessoidaan ja selluloosaa erotellaan, syntyy valtavia määriä ligniinijätettä. Maataloudessa ligniinijätettä syntyy, kun kasveista otetaan talteen ihmiselle syötäväksi kelpaava osuus. Esimerkiksi maissin, riisin ja vehnän keräämisen jälkeen kasvista jäljelle jäävä olkiosuus on jätemateriaalia, joka monin paikoin hävitetään polttamalla. Pelkästään paperi-ja massavalmistusteollisuudessa syntyy vuosittain kymmeniä miljoonia tonneja ligniinijätettä, sillä prosessissa syntyvästä teknisestä ligniinistä vain hyvin pieni osa hyödynnetään kaupallisissa tuotteissa. Myös teollisuuden ligniinijäte poltetaan energiaksi. Järkevää olisi käyttää näitä sivuvirtoja hyödyksi myös uusien tuotteiden valmistamisessa ajan hengen eli kiertotalouden periaatteiden mukaisesti. Juuri tähän Salmela ja hänen kollegansa Tampereen yliopiston synteettisen biologian tutkimusryhmässä pyrkivät. Tiukasti kiinni toisissaan Selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini ovat hyvin tiukasti kiinni toisissaan, niiden irrottamiseen ja purkamiseen tarvitaan paljon energiaa. Rakenne on hyvin monimutkainen, eikä yksikään tunnettu mikrobi yksinään pysty hyödyntämään lignoselluloosan kaikkia osia. Teollisuudessa syntyvässä teknisessä ligniinissä on jo valmiiksi mukana pienempiäkin yksiköitä bakteereille syötäväksi. – Yksi haaste on, että mukana on prosessissa syntyviä monille mikrobeille haitallisia yhdisteitä. Toinen haaste on prosessoida suuremmat biopolymeerit pieniksi yksiköiksi, jotta bakteerisolut voivat niitä käyttää. Ligniiniyhdisteistä ja selluloosasta muokataan arvoaineita kahden eri bakteerilajin avulla. Clostridia cellulolyticum -bakteeri on tunnettu selluloosan pilkkoja. Se tuottaa selluloosan sokereista sivutuotteena orgaanisia happoja, jotka kertyessään ovat haitallisia prosessille. Acinetobacter Baylyi ADP1 -bakteeri syö näitä orgaanisia happoja. Näin myös selluloosa saadaan muutettua sellaiseen muotoon, jota ADP1 voi käyttää. ADP1-bakteeri muuntaa teknisen ligniinin yhdisteitä luontaisesti vahoiksi, jotka ovat pitkiä hiiliketjuyhdisteitä. – Luonnossa vastaavia vahoja saadaan jojoba-kasvista. Niitä käytetään lisäaineina kauneudenhoitotuotteissa. Samankaltaiset vahat soveltuvat myös moottoriöljyiksi ja muiksi voiteluaineiksi. Kun Salmela muokkasi ADP1-bakteerin rasva-aineenvaihduntaa sen perimää muuntamalla, hän sai bakteerin tuottamaan vahojen lisäksi keskipitkiä suoraketjuisia hiilivetyjä suoraan solun ulkopuolelle. Muokatuilla bakteereilla tuotettiin myös pidempiä suoraketjuisia hiilivetyjä. Näin bakteerista oli tullut solutehdas. Merkittävää Salmelan mukaan on, että muokattu solutehdas tuottaa osan tuotteista myös solun ulkopuolelle. Se on puhtaampaa kuin jos se olisi solun sisällä. Tämä on tärkeätä etenkin jatkojalostuksen kannalta. – Solutehdas tuottaa oivallisia korvikkeita esimerkiksi poltto- ja voiteluaineille sellaisenaan, mutta jatkojalostamalla niitä voidaan muokata korkealaatuisiksi voiteluaineiksi. – Periaatteessa voisi ajatella, että kun näitä tuotteita saadaan ulos solusta, niitä voidaan tiputtaa suoraan tankkiin. Maailman ensimmäinen Jatkotutkimuksissa tarkoitus on parantaa menetelmän tehokkuutta ja tuottoa sekä optimoida bioprosessia. – Tärkeätä on myös saada vaikeasti hajotettavasta biopolymeeristä irti riittävän pieniä osia, jotta bakteerin on niitä helppo syödä. Näin se pystyy hyödyntämään materiaalia tehokkaasti. Ligniiniyhdisteitä tutkitaan maailmalla paljon, mutta Salmelan tietojen mukaan vastaavanlaisia tuotteita ei ole muualla valmistettu. Hän on ensimmäinen, joka on tuottanut solun ulkopuolisia keskipitkiä hiilivetyjä teknisestä ligniinistä ja selluloosasta. – Olemme kokeilleet menetelmän toimivuutta myös oikealla ligniinimateriaalilla, emme pelkästään laboratoriomalliyhdisteellä. Myös siinä tuotetta syntyi tunnistettavia määriä.