Czy przyszłość biopaliw może być zapewniona przez grzyby?

• Zalety stosowania biopaliw to nie tylko korzyści środowiskowe, ale również wygoda użytkowników i wsparcie dla gospodarki cyrkulacyjnej.
• Wymagający proces fermentacji stanowi czynnik ograniczający produkcję biopaliw.
• Grzyby zdolne do rozkładania ligniny i ksylanów sposobem na rozwiązanie problemów produkcyjnych biopaliw.

Biopaliwa są wszelkiego typu paliwami powstałymi z biomasy, czyli ulegających biodegradacji odpadów komunalnych i przemysłowych, pozostałości z produkcji rolnej, leśnej i rybołówstwa. Biopaliwem jest także biogaz i biodiesel. Zakres źródeł, z których można pozyskać biomasę, jest więc bardzo szeroki i tworzy wiele możliwości zawiązania współpracy producentów biopaliw z przedstawicielami innych branży, takich jak rolnictwo, browarnictwo i wiele innych. Kupowanie odpadów powstających w związku z produkcją różnych artykułów jest korzystne dla obu stron, ponieważ producenci biopaliw pozyskują biomasę, a przykładowo producenci żywności pozbywają się problemu utylizacji tych właśnie odpadów. Należy do tego dodać fakt, że biopaliwa są obecnie równie wydajne co paliwa konwencjonalne, a także ich wykorzystanie nie wymaga zmian technologicznych silników, czego przykładem jest stosowanie biopaliw SAF w samolotach. W przyszłości powinno być tylko lepiej.

Połączenie tych korzyści ze zmniejszoną emisją pyłów zawieszonych, tlenków azotu i tlenków siarki podczas spalania biopaliw względem spalania paliw konwencjonalnych oraz brakiem wpływu spalania biomasy na bilans dwutlenku węgla w środowisku sprawia, że biopaliwa mogą być odpowiedzią na wiele problemów – nie tylko rynku paliwowego. Niestety jednak, jak każde inne źródło energii, biopaliwa posiadają swoje problemy, które wiążą się z procesem produkcji. Pierwszym jest ilość biomasy, jaką można pozyskać, która obecnie jest niewystarczająca, aby móc myśleć o całkowitym zastąpieniu paliw konwencjonalnych, drugim natomiast są trudności związane z produkcją biopaliw.

• Zobacz również: Łączenie przyjemnego z pożytecznym, czyli możliwości tworzenia biopaliw z odpadów po produkcji piwa

Bariery produkcji biopaliw

Produkcja biopaliw opiera się przede wszystkim o przetwarzanie komórek roślinnych, które mogą magazynować energię dzięki procesowi fotosyntezy roślin. Ta energia może być natomiast przetworzona w wyniku spalania, fermentacji czy zgazowania na inny rodzaj energii, który można następnie wykorzystać. Problemem jest w tym wszystkim sam proces przetwarzania komórek roślinnych, który wykorzystuje wysokie temperatury oraz spore nakłady energii, a do tego jest wymagający i trudny, co nie ułatwia producentom biopaliw zdobywania pozycji na rynku. Szczególnie problematyczne w tym aspekcie są lignina oraz cząstki węglowodanów, zwane ksylanami. Lignina jest biopolimerem, organicznym związkiem chemicznym, który buduje ścianę komórkową roślin. To dzięki niej łodygi, kora i gałęzie stają się sztywne i twarde. Ten polimer chroni więc materię, która stanowi użyteczną biomasę, ponieważ jego szybki rozkład w warunkach koniecznych do produkcji biopaliw jest problematyczny, mimo że rozkład ligniny jest dobrze znany człowiekowi, ponieważ zachodzi w układzie trawiennym części zwierząt roślinożernych. Ksylany to z kolei węglowodany będące częścią hemicelulozy, czyli grupy polisacharydów, które podobnie jak lignina budują ścianę komórkową roślin. Ich zawartość w drewnie ma wpływ na jego wytrzymałość, a więc również pełni funkcję ochronną dla materii, która stanowi obiekt zainteresowania producentów biopaliw. Mimo podobnych funkcji obie te substancje zachowują się nieco inaczej, posiadają odmienne cechy i stanowią osobne problemy, które jednak posiadają jedno wspólne rozwiązanie, jakim są grzyby. 

Szeroki potencjał grzybów odpowiedzią na problemy biopaliw?

Grzyby to nie tylko obiekt jesiennych poszukiwań zbieraczy, chcących ich użyć w celach konsumpcji. Posiadają one również bardzo ważną cechę, jaką jest możliwość rozkładania martwej materii organicznej przy uwalnianiu części składników odżywczych do gleby. Z tego powodu niektóre gatunki grzybów znalazły się w centrum zainteresowania naukowców z brytyjskiego University of York oraz amerykańskiego University of California. Brytyjczycy opracowali koncepcję rozłożenia ksylanów przy pomocy enzymów wydzielanych przez niektóre grzyby. Organizmy zdolne do poradzenia sobie z niepożądanymi składnikami budującymi drewno to przykładowo Trichoderma i Aspergillus, które wydzielają w wysokich stężeniach całą gamę hemiceluloz, czyli enzymów, które rozkładają polisacharydy, w tym ksylany, do cukrów prostych. 

Źródło: Biocontrol of Aspergillus flavus in groundnut using Trichoderma harzianum stain kd. J Plant Dis Prot 124, 51–56 (2017).

Amerykanie natomiast postanowili stworzyć hodowlę beztlenowych grzybów na biomasie z topoli, sorgo oraz proso. Obserwacje prowadzone na hodowli wykazały, że wzrost grzybów prowadził do pękania ścian komórkowych roślin, które jak do tej pory nie były przetwarzane na paliwo. Grzyby poradziły sobie z rozkładem ligniny, przez co eksperyment wykazał potencjał pozyskiwania biopaliw z nowych surowców, być może nie tylko objętych powyższym przedsięwzięciem. Potencjał beztlenowych grzybów nie jest jeszcze w pełni poznany i wymaga prowadzenia dalszych badań.

Mimo że potencjał grzybów nie jest jeszcze w pełni poznany, to mogą one stanowić element, który znacząco przyspieszy proces produkcji biopaliw oraz sprawi, że stanie się on tańszy. Dodatkowo organizmy te mogą pozwolić na zwiększenie zakresu roślin, z których wytwarza się biopaliwa. Te czynniki mogą znacząco wpłynąć na przyszłość tego typu paliw, stając się motorem napędowym dla ich popularności i dostępności na rynku. Dalsze postępy w badaniach być może pozwolą w przyszłości wprowadzić nowe technologie produkcji biopaliw na skalę przemysłową. Aby jednak tego dokonać, należy przeprowadzić jeszcze więcej badań i analiz, ale niestety ilość ekspertów w tym zakresie jest ograniczona. Być może nadanie biopaliwom większego rozgłosu wzbudziłoby zainteresowanie nimi u większego grona naukowców, których wspólna praca prawdopodobnie znacznie szybciej przybliżyłaby nas to do transformacji rynku paliwowego.

Czym jest mycodiesel?

Ostatecznie warto wspomnieć o jeszcze jednym zastosowaniu grzybów, jakim jest produkcja mycodiesla, czyli biodiesla, który jest w stanie zastępować konwencjonalne paliwo bez konieczności modyfikowania silnika. Jest to możliwe dzięki grzybowi Gliocladium roseum rosnącemu w rejonie Patagonii, który może syntezować węglowodory występujące w oleju napędowym. Grzyb ponadto charakteryzuje się dobrym wzrostem na celulozie, co daje szansę na stworzenie jego większych hodowli, które mogłyby umożliwić wykorzystanie tego organizmu na skalę przemysłową. Niestety jednak pomysł mycodiesla nie zdobył jak dotąd większego rozgłosu, przez co nie interesują się nim większe firmy, a to skutkuje brakiem większych efektów rozwoju tego pomysłu w ostatnich latach. Mimo to potencjał grzybów jest naprawdę spory i być może kwestią czasu jest zauważenie go przez szersze grono odbiorców. 

Źródło: rp.pl, bibliotekanauki.pl, openin.pl, GLOBENERGIA.

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe Odnawialnych Źródeł Energii “Grzała”
Szymon Chlipała