Bioøkonomi

I bioøkonomien bruker vi naturlige, fornybare råvarer for å skape verdier. Bioteknologi er en viktig forutsetning for en bioøkonomi med bedre forbruksvarer, grønn energi, nye arbeidsplasser og redusert klima- og miljøbelastning.

Det økonomiske systemet som har gitt deler av verden enorm velstand i det siste århundret kalles ofte en «fossil» økonomi fordi det drives av fossil energi som olje, gass og kull.

Bioraffineri

Enkel tilgang til enorme mengder fossile råstoffer har gitt grunnlag for en kraftig velstandsvekst, ved at vi har fått billig energi som har muliggjort blant annet industriell produksjon av forbruksvarer, flyreiser til eksotiske feriemål, biltrafikk og industriell matproduksjon. Men forbrenning av fossile råstoffer forurenser og bidrar til klimaendringene som truer verdens framtid.

Bioøkonomien er annerledes enn den fossile økonomien. Bioøkonomi er basert på bruk av fornybare kilder til energiproduksjon (vannkraft, vindkraft og solenergi), samt fornybare råstoffer for å produsere mat, energi og produkter som vi trenger. At råstoffet er fornybart, betyr at man ikke bruker olje, kull og gass. I stedet bruker man biomasse fra planter eller mikroorganismer, som produseres i naturen eller gjennom landbruk, havbruk og skogbruk. Utgangspunktet for all produksjon av biomasse er fotosyntesen, som gir oss blant annet planter, trær, gress, landbruksvekster, alger, tang og tare. Denne biomassen kan omdannes til mat, fôr, energi, drivstoff, materialer og kjemikalier. For eksempel kan produkter av plast, som i dag primært produseres fra fossile kilder, erstattes med plast fra biomasse, såkalt bioplast. Overgangen fra en fossil økonomi til en bioøkonomi er en sentral del av det  «det grønne skiftet», som innebærer forandring i mer miljøvennlig og bærekraftig retning.

 

Gjenbruk og sirkulær tenkning

Et viktig aspekt ved bioøkonomien er at den er «sirkulær».  Det betyr at minst mulig skal gå til spille og at mest mulig av biomassen skal tas i bruk. I en sirkulær økonomi utnyttes biprodukter («avfall»), og reststoffer føres tilbake til jorden. Ved å vektlegge gjenbruk i stedet for forbruk, reduseres belastningen på klima og miljø.

Er det lurt å bruke raps til biodiesel? Og hva med palmeolje? Dette er et vanskelig spørsmål. Skal bioøkonomien være bærekraftig, er det viktig å gjøre gode vurderinger og ta riktige valg. Såkalt «førstegenerasjons» biodrivstoff er et godt eksempel på dette. Slikt drivstoff er omstridt fordi det lages av planter som mais og raps, som i stedet kunne vært brukt som mat eller fôr og fordi klima- og energiregnskapet for produksjon og bruk ikke er spesielt bra. Dersom regnskog blir hogd ned for å produsere biodiesel laget av palmeolje, er det negativt både for klima og miljø.

En virkelig miljøvennlig og bærekraftig bioøkonomi bør derfor i hovedsak drives av biomasse som ikke kan brukes som mat, som for eksempel trevirke, tang, alger og avfall fra matproduksjon. Denne typen «annen-generasjons« biodrivstoff, har et betydelig bedre klima- og energiregnskap. Men også her dukker det opp vanskelige spørsmål, blant annet rundt hva som er den mest miljøvennlige og samfunnsnyttige forvaltningen av skogressurser. Et bevisst forhold til slike temaer er en vesentlig del av en bærekraftig utvikling av bioøkonomien.

For energiproduksjon finnes det allerede gode fornybare kilder, som vannkraft, vindkraft og solenergi, men biomasse er det eneste fornybare alternativet for produksjon av mange typer produkter. Ulike fornybare alternativer kan også kombineres med hverandre. For å kunne stanse klimaendringene og dekke verdens behov for mat og energi, bør alle gode virkemidler kombineres. En viktig del av løsningen på verdens klima- og ressursutfordringer kan være å produsere mer av den eksisterende biomassen, og vi kan også øke produksjonen av biomasse på bærekraftig vis flere steder. Ikke minst er det et stort potensiale i å ta i bruk havet til for eksempel å dyrke tang og tare.

«Økonomi»-delen i bioøkonomien er også viktig. Verdiskapning ved bruk av biomasse kan gi bærekraftig økonomisk vekst i flere deler av landet, siden råvarene finnes både i sjøen, jorda, skogene og fjellene. En vellykket bioøkonomi vil også skape nye, grønne arbeidsplasser for ulike grupper arbeidstakere. Vi vil trenge alt fra nyskapende forskere til ingeniører og fabrikkarbeidere som kan utvikle og drive produksjonen av de ulike produktene. Bioøkonomien er allerede viktig for verdiskapning og arbeidsplasser i Norge. Det er anslått at årlig omsetning er omtrent 350 milliarder kroner og at om lag 5 prosent av den totale arbeidskraften er sysselsatt innen bioøkonomi (tallene er fra Regjeringens bioøkonomistrategi fra 2016). Men potensialet er enda større.

 

Figur som viser sirkulær bioøkonomi med enzymteknologi
Figur: Sigrid Bratlie/Bioteknologirådet. CC BY-NC-ND 4.0.
 

Bioøkonomi trenger bioteknologi

Produksjon av biomasse er ikke tilstrekkelig for å utvikle bioøkonomien. Man trenger også å utvikle stadig bedre bioteknologiske metoder som kan foredle biomassen til produkter og energi på en miljøvennlig måte. Bioteknologi er derfor en forutsetning for bioøkonomien. Målet er å bruke naturens presisjonsverktøy til å lage det vi trenger, uten tradisjonell kjemisk teknologi, som kan være energikrevende og forurensende.

Tre typer bioteknologi er av spesiell interesse i denne sammenhengen:

  1. Utvikling og bruk av enzymer og enzymatiske prosesser som kan brukes til å omdanne biomasse til råstoffer, som så kan bli videreforedlet.
  2. Utvikling og bruk av naturlige eller genmodifiserte mikrober som kan omdanne råstoffene til energi og produkter.
  3. Utvikling av genmodifiserte planter eller andre organismer som er spesielt godt egnet for dyrking og bioprosessering.

De første to teknologiområdene er helt avgjørende og lite omdiskuterte innen bioøkonomi. Det siste av de tre områdene representerer muligheter som kan gjøre prosessene mer effektive, men som er gjenstand for mye debatt nasjonalt og internasjonalt (se temaside om genmodifiserte planter og mat).

 

1. Enzymteknologi

Enzymer er en gruppe av proteiner som katalyserer (påskynder) biokjemiske reaksjoner. Bare i menneskekroppen finnes det tusenvis av enzymer som utfører helt essensielle oppgaver for vår overlevelse. Også arvestoffet i cellene våre er avhengige av dem. Enzymet DNA-polymerase katalyserer nemlig dannelsen av nye DNA-tråder. I naturen finnes det et enzym for nesten enhver kjemisk reaksjon, og å utnytte disse industrielt er sentralt i bioøkonomien. Ved bruk av enzymer kan man utføre en lang rekke «finkjemiske» reaksjoner som omdanner ett produkt til noe annet. Enzymene virker ved moderate temperaturer (20-60 ˚C) og i vannløsninger. Som oftest kan imidlertid fortsatt ikke enzymteknologi konkurrere med billig kjemisk teknologi når det gjelder pris, og på en del områder må det mer forskning til før enzymproduktene er konkurransedyktige. I noen tilfeller brukes relativt dyre enzymer til å fremstille produkter som kan selges for en så høy pris at det forsvarer prisen på enzymene, blant annet i medisinindustrien.

Med enzymer kan trevirke omdannes til en rekke produkter. Foto: iStock.

De siste årene er det forsket mye på enzymatiske prosesser for å bryte ned plantebiomasse til sukker som så kan brukes som et utgangspunkt for å lage en rekke produkter, blant annet biodrivstoff. Å bryte ned stivelse i for eksempel mais til glukose for å lage «førstegenerasjons» biodrivstoff, er enkelt. Det er imidlertid mye vanskeligere å bryte ned cellulose i trevirke, strå og annen ikke-spiselig biomasse for å lage mer miljøvennlig «annengenerasjons» biodrivstoff. Før brukte man sterk syre til dette, men takket være de siste årenes forskning har man i dag enzymer for effektiv nedbryting av cellulose. Utvikling av bedre enzymer bidrar til å omdanne planteråstoff mer effektivt og mer miljøvennlig enn før. Vi kan da få en rekke produkter, blant annet biodrivstoff. Det er også mulig å foredle plantemateriale, og spesielt cellulose, til en rekke produkter uten først å bryte alt ned til sukkeret. Da snakker vi for eksempel om spesialcellulose, som du allerede i dag finner i alt fra næringsmidler,(for eksempel iskrem, og kjøttprodukter) og kosmetikk (tannkrem og hudkrem) til bygningmaterialer og maling.

Det er mange fordeler ved å skape biokjemiske reaksjoner ved bruk av bioteknologi, sammenlignet med tradisjonell kjemisk teknologi. Mengden avfall blir mye mindre, og det som blir igjen av biomassen er mer eller mindre intakt og kan brukes i andre bioteknologiske foredlingsprosesser.

2. Naturlige og genmodifiserte mikrober

Når man har omdannet biomasse til sukker, kan man lage flere ulike stoffer, enten ved å bruke kjemisk teknologi eller bioteknologi. Å bruke gjær for å omdanne sukker til etanol (biodrivstoff), er en av de mest grunnleggende prosessene. Vi kan også bruke andre mikrober som kan omdanne sukker til andre produkter. For eksempel kan bakterier dyrket på planterester produsere aminosyrer med flere nyttige funksjoner.

MIkrober i petriskål

Mikrober i petriskål. Foto: iStock.

En mer avansert bruk består av at man genmodifiserer mikroorganismer slik at de blir spesialtilpasset til å omdanne råvarer, for eksempel glukose fra norsk gran, til bestemte verdifulle produkter som omega-3 fettsyrer. Det må som oftest omfattende genetisk modifisering til for å kunne gjennomføre slike prosesser. Stadig mer blir imidlertid mulig på grunn av den raske teknologiske utviklingen, blant annet nye og effektive verktøy for genredigering (se temaside om genredigering). Bruk av genteknologi for å lage syntetisk (kunstig fremstilt) DNA i laboratoriet for å kunne gi en organisme bestemte egenskaper, kalles ofte «syntetisk biologi» (se temaside om syntetisk biologi).

En annen viktig strategi er utvikling av mikrobielle samfunn som kan brukes til bestemte formål. Mikrober jobber ofte sammen, enten det er i menneskenes tarmsystem, i jorda eller i biogassreaktorer. Takket være en stadig bedre forståelse av disse samarbeidsprosessene, kan vi i stadig større grad skreddersy mikrobielle samfunn slik at de gjør noe som er nyttig for oss. Et kjent eksempel, som er viktig for bioøkonomien, er produksjon av biogass. Når biomassen er ferdig behandlet med enzymer, er det som oftest en del ubrukt karbon igjen. I en biogassprosess lar man et mikrobielt samfunn gjøre resten av jobben; mikrobene omdanner det siste karbonet til metan (biogass), mens næringsstoffene forblir intakte og kan resirkuleres. Biogass er den reneste av de vanlige drivstoffene og egner seg blant annet godt til bruk i bytrafikk, slik som i biogass-bussene som kjører rundt i flere norske byer.

 

3. Genmodifiserte planter

Genteknologi gir store muligheter for en mer effektiv utnyttelse av både matplanter og andre planter. Genmodifisering gjør det mulig å lage planter med endrede egenskaper, for eksempel forbedret næringsinnhold, motstandsdyktighet mot sykdom og bedret toleranse overfor tørke. (se temaside om genmodifiserte planter og mat). I tillegg forskes det mye på å øke mengden og tilgjengeligheten av cellulose i plantebiomassen, noe som kan gjøre det vesentlig billigere og mer miljøvennlig å lage sukker av den.

Forskere i USA har for eksempel klart å genmodifisere planter til å omdanne vesentlig mer CO2 til biomasse gjennom fotosyntesen enn det som tidligere var mulig. En av flaskehalsene for å bryte ned cellulose i plantenes cellevegg er tilstedeværelsen av lignin, en komplisert polymer som gjør cellulosen mindre tilgjengelig for nedbrytning. Flere forskerteam har nå laget genmodifiserte planter med et lavere innhold av lignin, noe som gjør cellulosen lettere å bryte ned. Man kan også slå to fluer i en smekk ved å øke stråinnholdet i viktige matplanter som hvete og mais, noe som kan gi mer cellulose samtidig som resten av planten fortsatt brukes til mat. Genmodifiserte organismer er imidlertid et omstridt tema som skaper mye debatt, både i Norge og internasjonalt.

 

Helhet og sammenhenger

Tang og tare

Tang og tare har et stort potensial for produksjon av biomasse. Foto: iStock

Helhetlig tenkning er viktig for å utvikle bioøkonomien og gjennomføre det grønne skiftet. Det kan være nyttig å kombinere ulike typer biomasse og anvendelser. Noen råstoffer har mye karbon, andre er rike på nitrogen, mens andre kanskje bidrar med viktige mineraler. Tare, strå og matavfall kan gjerne kombineres i samme prosess, slik at man utnytter det beste av flere råstoffer. Biomassen må også disponeres slik at den dekker flest mulig behov og skaper mest mulig verdi, den skal gi oss både mat, energi og andre produkter. I et bioraffineri – hvor den bioteknologiske foredlingen av biomassen skjer – må det tenkes helhetlig: Det skal lages forskjellige produkter som til sammen gjør raffineriet lønnsomt, mens hele biomassen utnyttes og mengden avfall minimeres.

Takket være de skånsomme prosessene som bioteknologien gjør mulig, er det ofte mulig å kombinere de ulike typene anvendelser: noe går til mat, noe går til energi og noe går til produksjon av forbruksvarer, mens restene er fremdeles «bio-tilgjengelige», noe som betyr at de kan gis tilbake i jorda. Denne «sirkulariteten» gir bioøkonomien et stort potensiale for lønnsomhet og bærekraft.

 

Norge satser

I Norge satses det på utvikling av teknologier for bedre utnyttelse og mer effektiv produksjon av biomasse, som for eksempel trevirke, matavfall og tare. Det har de siste årene blitt gitt store forskningsbevilgninger til prosjekter innen bioøkonomi. Mange av disse prosjektene har som mål å utnytte matavfall og biprodukter fra land- og havbruk på en bedre måte, samt å få mer verdi ut av skogen vår. Det satses også mye på «annengenerasjons» biodrivstoff, altså biodrivstoff fra ikke-spiselig biomasse, for eksempel gjennom det nasjonale forskningssenteret Bio4Fuels. Et annet eksempel er Foods of Norway, som er et Senter for forskningsdrevet innovasjon. Her satses det på bruk av norsk biomasse som råstoff for å lage dyre- og fiskefôr, slik at vi blir mindre avhengig av import av soya til fôr. I 2019 starter også Norge opp et nasjonalt senter for forskning på tare, kalt The Norwegian Seaweed Biorefinery Platform.

Moderne bioteknologi gir store muligheter til å få mer ut av bioressursene våre. Bioteknologisk forskning og produktutvikling er derfor helt sentralt for å kunne utnytte potensialet i bioøkonomien og bidra til det grønne skiftet. Videre utvikling innen felter som enzymteknologi og genteknologi gir store muligheter. Samtidig vil bioøkonomien kunne bidra til å skape nye verdier, ikke minst innen primærnæringene og i distriktene.

Innholdet på denne siden ble sist oppdatert i mars 2019. Teksten er laget i samarbeid med Vincent Eijsink og Lasse Fredriksen ved NMBU. 

Send oss en epost hvis du har spørsmål eller kommentarer til innholdet.

Siden ble opprettet: 11.05.2017. Siden ble oppdatert: 04.12.2019

© 2019 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter