Geen eten, houtachtige materialen (namelijk lignocellulose biomassa) is het grootste hernieuwbare reservoir van vergistbare zetmelen ter vervanging van fossiele brandstoffen. Het kan worden gebruikt om biogebaseerde polymeren en materialen te produceren voor elk soort product - van yogamatten tot luidsprekers - maar ook voor verven, biochemicaliën, cosmetica, bioplastics en biobrandstoffen.

Onder de verschillende technologieën die beschikbaar zijn om lignocellulose biomassa te transformeren, biochemische conversie is bijzonder interessant vanuit milieuoogpunt omdat het mildere omstandigheden vereist (lagere temperatuur en druk, en minder zure of alkalische omgeving) dan andere conversieprocessen.

Sleutelcomponenten in een bioraffinageconversie zijn enzymen, die worden gebruikt om de lange ketens van in de biomassa aanwezige suiker- en ligninepolymeren in kleinere stukjes af te breken. Enzymen zijn nodig in alle stappen van dit proces en voor elk soort grondstof. Daarom, hun prestaties hebben een grote impact op de totale tijd en kosten van de omzetting van biomassa. Er is berekend dat voorbehandeling van biomassa en enzymatische hydrolyse alleen al ongeveer 70% van de totale verwerkingskosten van bioraffinaderijen uitmaken.

Op een efficiëntere manier suikers en lignine extraheren

Dankzij de Europese onderzoeksfondsen van het BIOrescue-project, Het Finse MetGen heeft efficiëntere enzymen ontwikkeld om chemische reacties te versnellen en de kosten van bioconversie te verlagen.

In BIOrescue richt MetGen zich op enzymen die waardevolle componenten helpen extraheren uit gebruikte champignoncompost die anders zouden worden weggegooid tegen kosten voor boeren.

Doorgaans biedt de markt alleen een algemene combinatie van enzymen voor elk soort grondstof, zonder rekening te houden met de specifieke kenmerken van verschillende biomassa. Dit maakt het enzymatische hydrolyseproces vrij traag en kostbaar.

MetGen heeft eigen enzymatische oplossingen (MetZyme SUNO) ontwikkeld die zijn toegesneden op het optimaal extraheren van de suikers uit de champignoncompost. Met een geoptimaliseerde SUNO-oplossing, ze vonden de beste omstandigheden om de moleculen uit voorbehandelde champignoncompost af te breken tot monosuikers met een maximaal conversierendement (> 95%).

In aanvulling, MetGen gebruikte zijn innovatieve enzymatische fractioneringstechnologie voor lignine (met behulp van MetZyme PURECO samen met membraanbewerkingen) om zeer reactieve gedepolymeriseerde lignine op een zeer duurzame en efficiënte manier te produceren. Deze technologie heeft de voordelen dat het gebruik van zware metalen of giftige oplosmiddelen wordt vermeden, en werken onder milde procesomstandigheden (temperatuur lager dan 60°C) om de gewenste eigenschappen van lignine effectief af te breken en tegelijkertijd te behouden.

Verbeterd concurrentievermogen van bioconversieprocessen

Deze enzymcocktail heeft de tijd en hoeveelheid enzymen die nodig zijn voor de hydrolyse van suikers al met minstens 20% verminderd. Daarnaast, deze enzymen kunnen overleven in zware industriële omgevingen, wat de deur opent voor nieuwe toepassingen en combinaties met andere enzymen.

De nieuwe enzymcocktail heeft daarom het algehele concurrentievermogen van de conversie van champignoncompost verbeterd, dankzij:

• Verbeterde efficiëntie en minder tijd door betere procesomstandigheden
• Lagere kosten door verlaging van de enzymdosering
• Verhoogde suikeropbrengst door biomassaspecificiteit

De potentie van dit onderzoek gaat veel verder dan champignoncompost. Het in BIOrescue ontwikkelde bioraffinagesysteem is zeer flexibel en kan niet alleen in andere champignonkwekerijen worden nagebootst, maar ook met andere agrarische bijproducten. Het verbeteren van enzymen in dit proces betekent dus het vermenigvuldigen van de kansen voor een CO2-neutrale biobased industrie.