Auðmeltari tré

Erfðatæknin gefur betri tré til pappírs- og eldsneytisframleiðslu

Vísindamenn hafa með erfðatækni búið til tré sem verður auðveldara að sundra til að búa til pappír eða lífeldsneyti. Þar með þarf minna að nota af mengandi efnum við framleiðsluna og minni orku.

Einn versti fylgifiskur bæði pappírsiðnaðarins og lífeldsneytisframleiðslunnar er trénið í hráefninu. Tréni, sem kallað er lignín eða sellulósi á erlendum málum, er ómeltanleg fjölsykra í plöntufrumum sem myndar til dæmis stoðvef plantnanna. Segja má að þetta séu trefjarnar sem næringarfræðingar segja að við þurfum að hafa í fæði okkar til að halda meltingunni í lagi en fyrir okkur mennina er tréni ekki næring því við getum ekki melt það. Jórturdýr geta hins vegar melt tréni með hjálp þarmaörvera. Örverurnar mynda ensím sem geta brotið fjölsykrurnar niður í einfaldari sykrur sem nýtast sem orkugjafi.

Þetta vandamál, að brjóta niður trénið í nýtanleg efni, hefur verið þröskuldur í bæði pappírs og lífeldsneytisiðnaði. Um þetta er fjallað í vísindafréttaritinu Science Daily og rætt við Shawn Mansfield, lífefnafræðingur og prófessor í viðarvísindum við háskólann í Bresku-Kólumbíu.

Tormeltar trefjar

Tréni er eitt aðalbyggingarefnið í frumuveggjum flestra plantna og við hefðbundna pappírs- og lífeldsneytisframleiðslu hefur trénið orðið afgangs og ekki nýst. Flókið og dýrt er að fjarlægja þessi ónýtanlegu trefjaefni og til þess þarf mikið af efnum og orku. Út kemur mikill úrgangur sem þarf að losna við og mengandi efni sem spilla umhverfinu.

En hér koma erfðavísindin til hjálpar. Með erfðaverkfræðilegum aðferðum hefur vísindamönnum tekist að breyta efnaeiginleikum trénisins svo það brotni auðveldar niður án þess þó að það komi verulega niður á styrk plöntunnar.

„Við erum að hanna tré sem þarf minna af orku og kemískum efnum til að vinna úr afurðir. Takmarkið er að fá tré sem geta gefið meira af vinnanlegum kolvetnum,“ segir Shawn Mansfield.

Áður höfðu vísindamenn reynt að leysa þetta vandamál með því að bæla þau gen sem stýra magni trénis í trjáplöntunum þannig að hlutfall þess yrði minna í viðnum. Út úr því komu gjarnan ræfilslegar plöntur sem uxu illa eða þá að trén urðu sérlega brothætt og viðkvæm fyrir stórviðrum, snjóálagi, sníkjudýrum eða sjúkdómum.

„Það er sannarlega einstakur árangur að geta þróað tré sem auðvelt er að brjóta niður án þess að þau missi vaxtargetu sína og styrk,“ segir Mansfield.

Umrætt rannsóknarverkefni var unnið í samstarfi vísindafólks við háskólann í Bresku-Kólumbíu, Madison-háskóla í Wisconsin og ríkisháskólann í Michigan með styrk frá rannsóknarstofnun í lífeldsneyti, Great Lakes Bioenergy Research Center. Grein um verkefnið birtist í nýjasta tölublaði tímaritsins í gær, 3. apríl.

Tilefnið

Tréni eða lignín er bundið saman með etertengjum sem erfitt er að brjóta niður. Með erfðaverkfræðilegum aðferðum tókst vísindafólkinu að fá plönturnar til að mynda í staðinn meira af estertengjum, þríglíseríðum, sem auðveldara er að brjóta niður. Slík tengi eru til dæmis í fituefnum og hægt að rjúfa þau með sápuefnum.

Þessi nýja tækni þýðir að trénið verður ekki bara eftir sem ónýtanlegur úrgangur við pappírsvinnslu og lífeldsneytisgerð heldur má nota það sem hráefni í ýmsar vörur, til dæmis lím- og þéttiefni, einangrun, koltrefjar og bætiefni í málningu.

Erfðabreytingar

Þær aðferðir við erfðabreytingar sem notaðar voru í þessu verkefni gætu líka nýst við breytingar á öðrum plöntum eins og grösum svo hagkvæmara yrði að nota þær til eldsneytisgerðar í staðinn fyrir jarðefnaeldsneyti.

Erfðabreytingar eru umdeildar en vísindafólkið segir að til séu aðferðir sem tryggi að erfðabreyttu trjátegundirnar berist ekki inn í náttúrlega skóga. Með þeirri tækni sem þarna er beitt er plöntunum breytt þannig að þær geta ekki frjóvgast við aðrar tegundir. Splæst er í þau genum sem gera að verkum að bæði karl- og kvenplönturnar eru ófrjóar. Svo eru trén uppskorin áður en þau verða kynþroska.

Menn sjá fyrir sér að í framtíðinni fari þessi ræktun fram á ökrum en ekki í hefðbundnu skóglendi. Aspartegundir eru vænlegur flokkur trjátegunda til framleiðslu á hráefni til eldsneytisvinnslu vegna þess að þær vaxa hratt og til ræktunarinnar má nýta þau svæði bújarða sem ekki eru best fallin til hefðbundinnar akuryrkju. Af þurrefnum í trjám nemur tréni um 20 til 25 prósentum svo þarna er eftir nokkru að slægjast ef til verður nýtanlegt hráefni í stað úrgangs sem losna þarf við.

Shawn Mansfield bendir á að nútímasamfélag sé háð jarðefnaeldsneyti. „Við reiðum okkur á þetta sama hráefni í framleiðslu á ýmsum hlutum, allt frá farsímum upp í bensín,“ segir hann og á þá við að jarðolía er notuð til að framleiða plast og önnur gerviefni ásamt ótalmörgu öðru og auðvitað líka til framleiðslu á eldsneyti. Við höfum búið svo um hnútana að tilvera okkar er háð því að við getum notað jarðolíu til ýmissa þarfa. Þess vegna sé nauðsynlegt að dreifa álaginu svo við þurfum ekki að reiða okkur eins mikið á jarðolíuna. „Miklir möguleikar eru fólgnir í því að afla kolefnis úr trjám og öðrum plöntum,“ bætir hann við.

Á Íslandi eru víðlend gróðurlaus eða gróðurlítil svæði sem henta vel til ræktunar á iðnviði. Verð á slíku hráefni á trúlega eftir að hækka á komandi tíð frekar en hitt.