Του Χαρίτου Αναστασίου,
Εδώ και περίπου δύο δεκαετίες, ο νέος κλάδος της βιοτεχνολογίας αναπτύσσεται ραγδαία προσφέροντας όλο και περισσότερες δυνατότητες στην αγροτική παραγωγή, την βιομηχανία και τις ιατρικές εφαρμογές. Δεν είναι δε διόλου τυχαίο ότι το τελευταίο Nobel Χημείας δόθηκε σε ερευνήτρια βιολογικών και βιοχημικών συστημάτων, προσδίδοντας την νέα συνισταμένη. Ταυτόχρονα, η βιολογία, στηριζόμενη στον συνεχή κύκλο της ζωής, έρχεται να δώσει λύσεις στα περιβαλλοντικά ζητήματα που αντιμετωπίζουμε. Ο ανθρώπινος πληθυσμός συνεχίζει να αυξάνεται, αναμένεται δε να έχει ξεπεράσει τα 8 δισεκατομμύρια το 2030. Άλλο τόσο αυξάνεται και το μέσο παγκόσμιο εισόδημα, μαζί με το βιοτικό επίπεδο, καθώς και το όριο ηλικίας. Κάθε χρονιά που περνάει, ο πλανήτης καλείται να προσφέρει ακόμη περισσότερους ενεργειακούς και υδατικούς πόρους, πρώτες ύλες και τροφή σε μία αυξανόμενη και απαιτητικότερη υφήλιο. Ταυτόχρονα, το οικοσύστημα επιβαρύνεται ακόμη περισσότερο, η κλιματική αλλαγή επιδεινώνεται δια της αύξησης των εκπομπών, οι δε συνέπειές της αναμένεται να περιορίσουν τους διαθέσιμους πόρους.
Οι ορυκτοί πόροι είναι πεπερασμένου μεγέθους και περιορίζονται συνεχώς, εκπέμπουν δε στην ατμόσφαιρα τεράστιες ποσότητες διοξειδίου, που ανατρέπουν κάθε φυσική ισορροπία. Παράλληλα, είναι άνισα μοιρασμένοι στον πλανήτη, με την προσφορά και τις τιμές τους να κλυδωνίζονται επικίνδυνα σε κάθε περιφερειακή κρίση, υπονομεύοντας την ενεργειακή ασφάλεια. Αντίθετα, η βιομάζα είναι παρούσα σε όποια γωνιά του πλανήτη φιλοξενεί ζωή, αποτελεί μία ανανεώσιμη πηγή υποκείμενη στον φυσικό κύκλο γέννησης και φθοράς, οι εκπομπές της εντάσσονται στον φυσικό κύκλο του άνθρακα. Εδώ έρχεται η βιοτεχνολογία να αυξήσει τις αποδόσεις και να βελτιστοποιήσει την χρήση της. Η βιο-οικονομία ή bio-based economy αποτελεί το παγκόσμιο οικονομικό σύστημα στο οποίο η βιομάζα συνιστά την βασική πρώτη ύλη με την βιοτεχνολογία να πετυχαίνει την μετατροπή της σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας, ικανά να αντικαταστήσουν τα αντίστοιχα ορυκτής βάσης. Αποκαλύπτοντας τα μυστικά του DNA και των γονιδίων, μπορεί να επιτευχθεί η γενετική τροποποίηση μονοκύτταρων οργανισμών ικανών να παράγουν προϊόντα σε υψηλές αποδόσεις και καθαρότητες μέσα από βιο-διεργασίες.
Η βιομάζα σαν πρώτη ύλη μπορεί να προέλθει από πλήθος πηγών, τόσο τα υπολείμματα που αφήνουν τα δάση, οι αγροί και οι φάρμες, οι ιχθυοκαλλιέργειες, όσο και τα αστικά ή βιομηχανικά οργανικά απορρίμματα έρχονται να αντικαταστήσουν τα πετρελαϊκά κοιτάσματα, τα μεταλλεία και τα ορυχεία. Ξύλο, φυτά καλλιέργειας, οργανικά απόβλητα, υδατική βιομάζα όπως τα μικροφύκη, συνιστούν το ετερογενές μείγμα που αποτελεί την ανανεώσιμη εναλλακτική στο αργό πετρέλαιο. Με βασική απαίτηση τα προϊόντα τους να είναι ανταγωνιστικά σε επίπεδο κόστους και δυνατοτήτων απέναντι στα αντίστοιχα πετρελαϊκά, να μην απαιτούν μεγαλύτερη επιφάνεια γης και ποσότητα νερού για την καλλιέργεια τους, κυρίως δε οι συνολικές τους καθαρές εκπομπές σε επίπεδο κύκλου ζωής να μην ξεπερνούν αυτή των ορυκτών.
Σε αδρές γραμμές, τα φυτά, τα ζώα και οι μικροοργανισμοί που αξιοποιούνται σαν πρώτες ύλες μπορούν να διακριθούν σε βρώσιμα και μη βρώσιμα. Με την πρόοδο της τεχνολογίας μπορούν να διακριθούν ακόμη περισσότερο σε πρώτης, δεύτερης και τρίτης γενιάς. Τα πρώτης γενιάς βιοκαύσιμα και βιο-προϊόντα προέρχονται κατά κύριο λόγο από βρώσιμους οργανισμούς. Αμυλούχα φυτά σαν το καλαμπόκι, σακχαρούχα σαν το ζαχαροκάλαμο, το ζαχαρότευτλο ή το γλυκό σόργο, με ελαιούχους καρπούς σαν την ελαιοκράμβη, την σόγια και τον φοίνικα. Αποτελεί την παλαιότερη τεχνολογία με κύριο προσόν την σχετικά εύκολη μετατροπή των πρώτων υλών σε προϊόντα, ως επί το πλείστων βιοκαύσιμα σαν την βιο-αιθανόλη και το βιο-ντήζελ. Στο κομμάτι της βιο-αιθανόλης, οι ΗΠΑ και η Βραζιλία κατέχουν τα παγκόσμια ηνία. Μαζί, οι δύο χώρες αντιστοιχούν στο 88% της παγκόσμιας παραγωγής. Η Βραζιλία στηρίζεται στο ζαχαροκάλαμο, όπου η γλυκόζη της ζάχαρης μετατρέπεται άμεσα σε βιο-αιθανόλη μέσα από την διεργασία της ζύμωσης από μικροοργανισμούς. Η βιο-αιθανόλη ζαχαροκάλαμου αποτελεί το πλέον εμπορικά και βιομηχανικά επιτυχημένο βιο – καύσιμο μέχρι σήμερα, κάνοντας το κύριο αιμοδότη της βραζιλιάνικης αγροτικής παραγωγής, βιομηχανίας και μεταφορών. Τα αυτοκίνητα στην Βραζιλία έχουν κατά βάση flexi fuel κινητήρες ικανούς να κάψουν μείγματα βενζίνης με 20-25% βιο – αιθανόλη (Ε20-Ε25), μέχρι και καθαρή ένυδρη αιθανόλη (Ε100). Το 94% των καινούριων οχημάτων της Βραζιλίας είναι σχεδιασμένα και για καθαρή αιθανόλη, με την τάση να είναι αυξητική. Αποτέλεσμα πολιτικών ενεργειακής ασφάλειας της Βραζιλίας μετά την πετρελαϊκή κρίση, η παραγωγή βιο – αιθανόλης επωφελείται σε μείζονα βαθμό από το τροπικό κλίμα και χλωρίδα του βασιλιά της Λατινικής Αμερικής.
Στις ΗΠΑ πάλι, το καλαμπόκι προσφέρει άμυλο, μέσα από την υδρόλυσή του παράγεται γλυκόζη και ακολουθεί η ζύμωση. Η μεγάλη μάζα των οχημάτων στις ΗΠΑ καίνε ένα καύσιμο με 10% βιο-αιθανόλη (Ε10), συνήθως σαν οξυγονούχο πρόσθετο, παρόλα αυτά υπάρχουν και αρκετά με flexi fuel κινητήρες ικανούς να καίνε έως και με 85% (Ε85). Μόνο τα βιοκαύσιμα αντιστοιχούν στο 22.4% των ανανεώσιμων ενεργειακών αναγκών των ΗΠΑ, η συνολική βιομάζα φτάνει στο 47%. Όπως και η Βραζιλία έτσι και οι ΗΠΑ στράφηκαν και στη βιο-αιθανόλη με την ιρανική κρίση και την άνοδο των τιμών του πετρελαίου. Η παραγωγή της είναι σημαντικά μεγαλύτερη. Παρόλα αυτά, καλύπτει πολύ μικρότερο ποσοστό από ότι στην Βραζιλία. Πέραν δε της βιο-αιθανόλης, οι ΗΠΑ έχουν και μία πολύ μικρότερη παραγωγή βιο-ντήζελ, με τις Ένοπλες τους Δυνάμεις να είναι ο βασικότερος πελάτης. Οι αμερικάνικες Ένοπλες Δυνάμεις προωθούν την έρευνα στο βιο-ντήζελ για χρήση πρώτα από όλα σαν αεροπορικό καύσιμο προς αντικατάσταση της κηροζίνης. Η ενεργειακή ασφάλεια αποτελεί και πάλι την κύρια αιτία και ήδη αμερικάνικα πολεμικά αεροσκάφη κινούνται με καύσιμο 50% ή ακόμη και 100% βιο-ντήζελ.
Το βιο-ντήζελ παράγεται από την εστεροποίηση των φυτικών ελαίων, τα οποία παράλληλα μπορούν να αξιοποιηθούν και για παραγωγή βιο-λιπαντικών. Η συνεισφορά των τελευταίων θα είναι σημαντική στην ναυτιλία, όπου και η λίπανση έρχεται σε άμεση επαφή με τον υδάτινο κόσμο. Βασιλιάς του βιο-ντήζελ η ΕΕ, και δη η Γαλλία και η Γερμανία, με την μεγάλη τους παραγωγή σε ελαιοκράμβη. Η ευρωπαϊκή ενεργειακή πολιτική στηρίζει ενεργά την προσθήκη βιο-αιθανόλης στην βενζίνη και βιο-ντήζελ στο ντήζελ κίνησης, με στόχο από το 2020 να συνιστά το 20% (Ε20 και Β20), στα πλαίσια τόσο των κλιματικών της πολιτικών όσο και της σταδιακής της απεξάρτησης από τους παραγωγούς υδρογονανθράκων. Οι ενεργειακές όμως καλλιέργειες δεσμεύουν εκτάσεις συχνά από πρώην δάση, απειλώντας την βιοποικιλότητα και την τροφική ασφάλεια. Επίσης, σημαντικές ποσότητες νερού καταναλώνονται, λιπάσματα και φυτοφάρμακα πάλι απορρίπτονται στο περιβάλλον. οι βιομηχανικές διεργασίες εκλύουν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου στην ατμόσφαιρα, το δε συνολικό ισοζύγιο είναι συχνά συγκρίσιμο με των ορυκτών καυσίμων. Κυρίως όμως μεγάλες ποσότητες τροφής καταλήγουν σε υποδεέστερες χρήσεις.
Τα δεύτερης και τρίτης γενιάς στηρίζονται κατά το δυνατόν σε μη βρώσιμη πρώτη ύλη. Τα δεύτερης γενιάς έχουν σαν βάση τα δασικά υπολείμματα, την λιγνοκυτταρινούχο δηλαδή βιομάζα, καθώς και τα οργανικά αστικά, βιομηχανικά ή αγροτικά απόβλητα. Την λιγνοκυτταρινούχο βιομάζα συνιστούν δυσκολότερες στην επεξεργασία πολυμερικές ενώσεις, κυτταρίνη, ημικυτταρίνη και λιγνίνη. Εκεί απαιτείται έντονη προκατεργασία, με οξέα, ένζυμα ή σε έντονες θερμότητες ώστε να επιτευχθεί πρώτα ο διαχωρισμός των τριών ενώσεων και έπειτα με υδρόλυση την απελευθέρωση των σακχάρων προς ζύμωση. Ειδικότερα, η έρευνα πάνω στα ένζυμα διάσπασης της κυτταρίνης, των κυτταρινασών, σε διάφορα σάκχαρα έχει εξαιρετικά μεγάλη αξία αφού η μείωση του κόστους παραγωγής τους καθιστά όλο και περισσότερο βιώσιμες οικονομικά τις διεργασίες επεξεργασίας του ξύλου. Από την άλλη, το ξύλο είναι δυνατόν να αεριοποιηθεί σε αέριο σύνθεσης (syngas) μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου ικανού να χρησιμοποιηθεί τόσο σαν άμεσο καύσιμο, όσο και σαν πρώτη ύλη για την παραγωγή βιο – μεθανόλης μέσα από καταλυτική σύνθεση. Η ίδια η ξυλώδης βιομάζα μέσα από την καύση της προσφέρει πολύτιμα ποσά θερμότητας και ηλεκτρισμού. Στην Βραζιλία, για παράδειγμα, το υπόλειμμα του ζαχαροκάλαμου (bagasse) που απομένει από την μετατροπή των σακχάρων, καλύπτει με την καύση του όλες σχεδόν τις θερμικές και ηλεκτρικές ανάγκες των εργοστασίων βιο – αιθανόλης.
Οι Βόρειες Χώρες με τις αχανείς τους δασικές εκτάσεις έχουν την παγκόσμια πρωτοπορία στην μετατροπή του ξύλου σε καύσιμα για κάθε χρήση. Η Σουηδία έχει την παγκόσμια πρωτιά και με αφορμή την πετρελαϊκή κρίση στράφηκε δυναμικά στην παραγωγή βιο-αιθανόλης από τις διάφορες μορφές ξύλου, που συνιστούν το 90% της βιομάζας που καταναλώνει. Αποτελεί την χώρα με τον μεγαλύτερο στόλο οχημάτων με flexi fuel κινητήρες στην Ευρώπη, με τα βενζινάδικα της να προσφέρουν μείγματα με 85% αλλά και 95% ακόμη βιο-αιθανόλη. Πέραν των μεταφορών, σημαντικές ποσότητες ξύλου χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροπαραγωγή και στην παραγωγή θερμότητας για το 90% σχεδόν των σπιτιών, καθιστώντας την Σουηδία την πρώτη χώρα στην ΕΕ ως προς το ποσοστό ανανεώσιμων στο συνολικό ενεργειακό μείγμα, που φτάνει το 52,6%. Στην γείτονα Φινλανδία πάλι, η ξυλεία των δασών της έχει τον κυρίαρχο ρόλο στην παραγωγή ενέργειας. Ειδικότερα το μαύρο λικέρ που προκύπτει σαν απόβλητο της βιομηχανίας χαρτοπολτού, καλύπτει το 22% των ενεργειακών αναγκών της χώρας των χιλιάδων λιμνών, τα υπόλοιπα υπολείμματα των δασών ένα ακόμη 16%. Αμφότερα τα κράτη έχουν σημαντικές ανάγκες σε θέρμανση, εξαιρετικά υψηλό επίπεδο διαβίωσης και σημαντικά μεγάλες αποστάσεις μεταξύ των κέντρων τους, παρόλα αυτά έχουν από τα χαμηλότερα επίπεδα εκπομπών στον ανεπτυγμένο κόσμο.
