Bioøkonomi er basert på produksjon og foredling av fornybare biologiske ressurser. Bioteknologi er nødvendig for en mer effektiv bioøkonomi med bedre forbruksvarer, grønn energi, nye arbeidsplasser og redusert klima- og miljøbelastning.

Den enorme velstandsveksten verden har opplevd det siste århundret har i stor grad basert seg på fossile energikilder som olje, gass, og kull. Enkel tilgang til store mengder fossile råstoffer har gitt billig energi og gjort det mulig med 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. Et stort spørsmål er hvordan vi kan redusere klimagassutslippene, redde natur og biomangfold, og samtidig sikre nok ressurser til mat, materialer og energi for verdens voksende befolkning?

Bioraffineri
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.

Olje, naturgass, kull og mineraler, regnes som ikke-fornybare ressurser siden dannelse av disse stoffene tar millioner av år i naturen. Bioøkonomi derimot er basert på naturressurser som stadig dannes på ny. Det vil si bruk av fornybare kilder til energiproduksjon som vannkraft, vindkraft og solenergi, samt fornybare råstoffer for å produsere mat, energi og produkter som vi trenger. Det kan være 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 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 lages med fossile råvarer, erstattes med plast fra biomasse, såkalt bioplast. Overgangen fra en fossil økonomi til en bioøkonomi er en sentral del av «det grønne skiftet», som innebærer forandring i mer miljøvennlig og bærekraftig retning.

Gjenbruk og sirkulær tenkning

I en sirkulær økonomi utnyttes ressurser effektivt i et kretsløp der minst mulig går tapt. Avfall fra en prosess blir ressurs i en annen prosess.  Bioøkonomi, med fornybare energikilder og naturressurser, er sentral i overgangen til en sirkulær økonomi. I tillegg er det i årene fremover et potensiale for enda mer effektiv og sirkulær bruk av de fornybare naturressursene våre. Biologisk avfall fra skogsdrift, hav- og landbruk kan blant annet i større grad utnyttes som ressurser.

Er det lurt å bruke raps til biodiesel? Og hva med palmeolje? 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 trolig negativt både for klima og miljø. Dersom biodrivstoff lot seg produsere basert på avfall (kapp og flis) som vi uansett produserer i forbindelse med regulær skogdrift blir regnestykket annerledes.

En virkelig miljøvennlig og bærekraftig bioøkonomi bør derfor i hovedsak drives av biomasse som ikke må dyrkes der det kan dyrkes mat, som for eksempel trevirke, tang, alger og fra avfall fra produksjon, prosessering og distribusjon av mat.

En mulighet for å øke produksjonen av biomasse på bærekraftig vis er å ta i bruk havet i større grad, for eksempel for å dyrke tang og tare. En annen løsningen kan være å dyrke mikroalger i store, lukkede tanker for eksempel på industriområder, da noen alger trives med å leve av avfall som CO2, nitrogen- og svovelforbindelser, og trenger i tillegg nok lys. Da unngår man å legge beslag på jordbruksareal, og kan bruke avfall fra industrien. Biomasse av mikroalger kan være en kilde til protein og gode fettsyrer og kan benyttes som dyrefôr, helsekost, omega 3-oljer, kosmetikk og energi.  I dag utgjør fiskefôret rundt 75 prosent av oppdrettslaksens klimaavtrykk, hovedsakelig på grunn av at fôret inneholder mye soya og raps som importeres fra utlandet. Å erstatte noe av dette med mikroalger produsert i Norge vil derfor være en mer klimavennlig løsning.

En av utfordringene det arbeides med på slike prosjekter, hvor avfallsstoffer fra industri, hav- og skogbruk utnyttes, er å få til en lønnsom produksjon av biomasse i industriell skala. «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. Men det trengs også store investeringer i overgangen mellom forskning og pilotproduksjon til reell industriell produksjon. Den tradisjonelle bioøkonomien er allerede viktig for verdiskapning og arbeidsplasser i Norge. I 2016 ble det anslått at bioøkonomien i Norge utgjorde en omsetning på omtrent 350 milliarder kroner og sysselsatte om lag fem prosent av den totale arbeidsstyrken (tallene er fra Regjeringens bioøkonomistrategi fra 2016).

Illustrasjon som viser den sirkulære bioøkonomien.
Den sirkulære bioøkonomien. Figur: Sigrid Bratlie/Bioteknologirådet

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 på en miljøvennlig måte. Bioteknologi i tradisjonell form har alltid vært en del av bioøkonomien, men i fremtidens sirkulære bioøkonomi vil mer avansert bioteknologi være nødvendig.

Tre typer bioteknologi er av spesiell interesse i denne sammenhengen:

  • Utvikling av planteceller eller andre organismer som er spesielt godt egnet til biomasseproduksjon i stor skala (f.eks. mikroalger), inkludert bruk av genmodifisering og genredigering.
  • Utvikling og bruk av naturlige eller genmodifiserte mikrober som kan omdanne råstoffene til ulike produkter.
  • Utvikling og bruk av enzymer og enzymatiske prosesser som kan brukes til å omdanne biomasse til råstoff som kan foredles videre.

Utvikling av planteceller med genteknologi

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 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.

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 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.

Et annet eksempel er bruken av bakterielle samfunn til å rense vannet i fiskeoppdrettsanlegg på land. Mikrobene spiser da avfallsstoffer fra fisken, som gjør at vannet kan resirkuleres i anlegget. Resirkuleringen gjør at anlegget bruker mindre vann og strøm, da mengden vann som må pumpes og temperaturjusteres reduseres kraftig.

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 bygningsmaterialer 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.

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 bioteknologi gjør mulig, kan man 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 det kan gis tilbake i jorda. Denne «sirkulariteten» gir bioøkonomien et stort potensial for lønnsomhet og bærekraft.

Bioøkonomi i Norge

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. Et annet prosjekt et den nasjonale algepiloten ved Mongstad nord for Bergen der man bruke CO2 fra oljeraffineriet til å dyrke mikroalger som skal kunne brukes som ingrediens i fiskefôr.

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 juni 2022. En tidligere versjon ble laget i samarbeid med Vincent Eijsink og Lasse Fredriksen ved NMBU.

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