Bioøkonomi

Ved hjelp av bioteknologi kan man bruke naturlige, levende råvarer til verdiskapning. Den såkalte bioøkonomien kan gi oss 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 fremtidige velferd.

Bioøkonomien er annerledes enn den fossile økonomien. Bioøkonomi er basert på bruk av fornybare råstoffer for å produsere maten, godene og energien vi trenger. Dette betyr at råstoffet man bruker ikke er olje, kull og gass, men 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, 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 såkalte «det grønne skiftet».

 

Gjenbruk og sirkulær tenkning

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

Skal bioøkonomien være bærekraftig, er det viktig å ta riktige valg i et komplisert, helhetlig bilde. Såkalt «førstegenerasjons» biodrivstoff er et godt eksempel på dette. Slikt drivstoff er omstridt fordi det lages av matplanter som mais og raps, og fordi klima- og energiregnskapet for produksjonen og bruken ikke er spesielt bra. Er det lurt å bruke raps til biodiesel? Dette er et vanskelig spørsmål. En virkelig miljøvennlig og bærekraftig bioøkonomi bør i hovedsak drives av biomasse som ikke kan brukes som mat, som for eksempel trevirke, tang, alger og avfall fra matproduksjon. Denne typen såkalt 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 for produksjon av mange typer produkter er biomasse det eneste fornybare alternativet. 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 med 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 mange 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. Det er anslått at bioøkonomien i Norge allerede sysselsetter 140 000 personer og skaper verdier for over 300 milliarder kroner. 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 forurensende og energikrevende kjemisk teknologi.

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 for bioøkonomi-produkter.
  2. Utvikling og bruk av naturlige eller «syntetiske» (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 kontroversielle i utviklingen av bioøkonomien. Det siste av de tre områdene representerer muligheter som man kan velge å bruke for å prøve å gjøre prosessene mer effektive, men som er omstridt i flere miljøer (se temaside om genmodifiserte planter og mat).

 

1. Enzymteknologi

Enzymer er en gruppe av proteiner som katalyserer (fremmer) biokjemiske reaksjoner. Bare i menneskekroppen finnes det tusenvis av enzymer som utfører helt essensielle oppgaver for vår overlevelse. Selv arvestoffet i cellene våre er avhengige av dem, der katalyserer nemlig enzymet DNA-polymerase 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 og i vannløsninger. Som oftest kan imidlertid fortsatt ikke enzymteknologi konkurrere med billig kjemisk teknologi når det gjelder pris, og på mange områder må det mer forskning til før enzymproduktene er konkurransedyktige. Syntetisk (kunstig fremstilt) enzymteknologi brukes imidlertid til å fremstille en rekke produkter som kan selges for en så høy pris at det forsvarer prisen på bruk av enzymene, blant annet i medisinindustrien.

De siste årene er det forsket mye på enzymatiske prosesser for å bryte ned biomasse 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 enzympreparater for effektiv nedbryting av cellulose. Utvikling av bedre enzymer vil også bidra til en mer energieffektiv fremstilling og bruk av en rekke produkter vi kjenner fra hverdagen, for eksempel tannkrem, vaskemidler, bakevarer, babymat, kjøttprodukter og iskrem.

Det er mange fordeler ved å skape biokjemiske reaksjoner ved bruk av bioteknologi, i stedet for 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. Videre er næringsstoffene i biomassen, som fosfor og nitrogen, i behold og kan dermed resirkuleres.

 

2. Naturlige og syntetiske mikrober

Når man har omdannet biomasse til sukker, kan man lage nesten hva som helst, enten ved å bruke kjemisk teknologi eller bioteknologi. En av de mest grunnleggende teknikkene er å bruke gjær for å omdanne sukkeret til etanol (biodrivstoff). 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 mikrober slik at de blir spesialtilpasset for å kunne omdanne råvarer, som for eksempel glukose fra norsk gran, til bestemte verdifulle produkter som for eksempel 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 kunnskapsutviklingen innen genetisk forskning, og på grunn av at helt nye og svært effektive verktøy for genredigering (se temaside om genredigering). Bruk av genteknologi for å lage syntetisk (kunstig) 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 enzymteknologene har gjort sitt med biomassen, er det som oftest en del ubrukt karbon igjen, simpelthen fordi enzymblandingene ikke er gode nok. I en biogassprosess lar man et mikrobielt samfunn gjøre resten av jobben; de omdanner det siste karbonet til metan (biogass), mens næringsstoffene fremdeles forblir uskadet 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 i Fredrikstad og etter hvert andre byer.

 

3. Genmodifiserte planter

Genteknologi har åpnet store muligheter for en mer effektiv utnyttelse av både matplanter og andre planter. Genmodifisering gjør det mulig å lage planter som kan være mer næringsrike og motstandsdyktige mot skadedyr og 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. Her finnes det flere veier til målet. 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 levedyktige planter med et mindre 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. Dyrking av genmodifiserte organismer er imidlertid et omstridt emne, og Norge og mange andre land har strenge regler for godkjenning og dyrking av slike planter.

 

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. Alle typer biomasse og anvendelser må ses under ett. 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. Et bioraffineri – hvor den bioteknologiske foredlingen av biomassen skjer – må tenke 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 rene og «bio-tilgjengelige», noe som betyr at de kan gis tilbake i jorda. Denne «sirkulariteten» gir bioøkonomien 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 tare. Forskningsprogrammer fra Norges Forskningsråd har de siste årene gitt store bevilgninger til bioøkonomi-prosjekter. 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. En annen stor satsing har mål om blant annet å bruke biomasse som råstoff for å fremstille dyrefôr.

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 syntetisk biologi vil kunne øke mulighetene for hva som blir mulig. 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 mai 2017. 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: 21.05.2017

© 2017 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter