Lignin: Ett alternativ till fossil råvara i produkter
En polymer som utgör upp till en tredjedel av innehållet i växter har seglat upp som en möjlig ersättare av fossil råvara i ett flertal produkter.
Redan nu tillsätts lignin i cementtillverkning för att förbättra cementens egenskaper, enligt koncept framtagna av bioraffinaderierna Borregaard och Domsjö Fabriker. Norska Borregaard innehar dessutom en unik position på marknaden med sitt sätt att framställa vanillinsmaksättare av ligninpolymeren.
Men det där riktiga lyftet, forskningsgenombrottet som till fullo tar tillvara på ligninets aromatiska egenskaper så att utvecklingen av förnybara alternativ till produkter tillverkade på syntetisk väg kan ta fart, har låtit vänta på sig.
– Ingenting sticker ut som en riktig vinnarapplikation, säger John Ralph, världens kanske mest framgångsrika kemist inom grundforskning om lignin. John Ralph är aktiv vid Wisconsin-Madison universitet i USA och vid den amerikanska regeringens Great Lakes Bioenergy Center. Han och en lång rad ledande vetenskapsmän deltog i konferensen Lignin 2014, som hölls i av forskare i Umeå nyligen, i syfte att samla akademi och industri som på olika sätt arbetar med ligninforskning och utveckling.
Problemet med lignin är att dess struktur är komplex och svår att bryta ner. Den klamrar sig fast vid de andra substanerna i veden och det hela blir svårt att ta isär utan att något av ämnena förstörs. I massa- och pappersproduktion har ligninet som blivit över vid cellulosautvinning traditionellt använts som bränsle för att värma brukslokaler. Lignin har helt enkelt setts som en lite besvärlig substans som bara duger till att elda upp. Därför behövs grundforskning såväl som applicerad forskning mer än någonsin, säger svenska och utländska forskare som Nordisk Papperstidning/Papernet talat med.
Samtidigt skjuder fältet av aktivitet. John Ralph kunde vid ligninkonferensen visa banbrytande resultat om hur ligninets struktur inuti växten kan modifieras så att det blir lättare att bryta ned. Trädplantor som modifierats enligt Ralphs metod bildar under sin tillväxt en ”ny” typ av lignin med fler enkla bindningar i sin vedstruktur jämfört med träd som inte modifierats.
– Bindingarna i ligninpolymeren i dess naturliga tillstånd är väldigt svåra att bryta. Det krävs hårdföra metoder. Vår idé var att tillsätta några enklare bindningar. Detta gör ligninet lättare att dela upp i bitar, enligt professor Ralph.
Trots alla hinder är det många som tror att ligninet har stor potential som förnybar ersättare i produkter tillverkade på syntetisk väg. Ligninet har nämligen inte alls samma egenskaper som kolhydraterna cellulosa och hemicellulosa. Bland annat är ligninet mer energirikt. I dagsläget används inte lignin för att tillverka biodrivmedel, men ett växande antal forskningsprojekt inriktar sig på just detta.
– Det är den enda naturliga källan av aromatiska föreningar som det finns riklig tillgång till så det är något som vi verkligen underutnyttjar, säger John Ralph.
I bland annat USA och Sverige jobbar forskare tillsammans med företag för att kunna använda ligninet i applikationer som skumplast som skall bli isolering i bilar, antioxidanter i bildäck och kolfibrer.
Uppmaning till samlat grepp
Art Ragauskas vid universitetet i Tennessee-Knoxville, ett känt namn i sammanhanget, liksom Simo Sarkanen från universitetet i Minnesota, uppmanade kollegor vid Lignin 2014 att ta ett nytt och samlat grepp om att försöka göra plast av lignin.
– Både i Europa och Nord- och Sydamerika finns det många nystartade företag som vill tillverka ligninapplikationer. Vi jobbar med flera som använder lignin till att göra polyuretan (även känt som uretanplast, reds anm). Arbetet med att göra kolbaserade fibrer av lignin går på högtryck i USA och särskilt i Sverige, säger Art Ragauskas.
– Alla de här företagen drivs av att industrin som tillverkar produkter av skogsråvara blir allt mer energieffektiv. Där finns ett överskott av lignin. De som producerar etanol av cellulosa har ett överskott av lignin nu när deras demonstrationsanläggningar tas i bruk i nära kommersiell skala. På båda sidor av Atlanten och i vissa delar av östra Asien, ställs frågan hur vi kan generera mervärde i vår användning av lignin.
När det gäller det allra nyaste av det nya, produkter som ännu endast existerar på laboratoriestadiet, så sätter många sitt hopp till utvecklingen av medicinska applikationer, till exempel inom genterapin. Universitetslektor Wilfred Vermerris från universitetet i nordamerkanska Florida berättade att hans forskargrupp i tidiga studier visat att lignin utvunnet ur hirs inte bara fungerar som bärarmaterial för transport av DNA i cellkulturer odlade på människoceller, utan också att det tolereras bättre än det syntetiska alternativ som hittills utvecklats för ändamålet.
I dagsläget är det främst medicinering som står till buds för människor med genetiska sjukdomar. Hos de flesta handlar det om en gen som inte fungerar normalt, vilket tros hämma proteinproduktionen.
Skulle man istället lyckas transportera in en funktionell kopia av den defekta genen i den drabbade personens kropp med hjälp av ett bärarmaterial så skulle genens funktion istället kunna återställas, tror man. Försök har gjorts med nanotuber tillverkade av kolfibrer som bärarmaterial, men det har visat sig tolereras dåligt av människokroppen.
– Genom att använda en naturlig polymer så hoppas vi kunna kringgå en del av de här utmaningarna. När vi utsatte mänskliga cellkulturer för sådana här tuber så tolererades de av lignin i mycket högre utsträckning än dem av kol, säger Wilfred Vermerris.
Nästa steg för Vermerris grupp är att testa sin biomedicinska applikation på djur. Eftersom djurförsök omges av mycket strikta regler i USA har forskarna fått arbeta hårt för att tydliggöra för myndigheterna att deras applikation inte skadar djuren.
– Vi är nära att kunna genomföra testen nu. Den stora frågan är huruvida vår metod kommer att fungera på levande organismer, tillägger Wilfred Vermerris.
Art Ragauskas och John Ralph som lyssnat då Vermerris intervjuats, säger att Floridaforskarnas uppfinning är väldigt ny och annorlunda jämfört med det arbete som de flesta andra forskare på konferensen bedriver.
– Hela fältet håller på att omformas. Om vi hade suttit här och pratat för femton år sedan så skulle vi främst ha talat om massa och papper. Det har gått väldigt fort, säger Art Ragauskas.
Text & Foto: Anna Strom
Annons 
