Profesores Kerolas Sze Ki Linas lekcija LVKĶI: Atkritumu pārvēršana par izejvielām ilgtspējīgai aviācijas degvielai, bioplastmasai, mikroaļģu barībai un citām jomām

27. augustā Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā viesojās profesore Carol Sze Ki Lin (City University of Hong Kong, CityUHK), pasaulē atzīta pētniece ar vairāk nekā 20 gadu pieredzi biorafinēšanas un biomasas valorizācijas jomā. Viņas lekcija “Development of Waste Biorefineries Towards a Circular Bioeconomy” bija veltīta tam, kā dažāda veida atkritumus – pārtikas (mājsaimniecības un industriālus), lauksaimniecības, akvakultūru un lignocelulozes – iespējams pārvērst augstas pievienotās vērtības produktos un tehnoloģijās, kas mazina klimata pārmaiņu riskus un vienlaikus sniedz praktisku ieguvumu industrijai.

Profesore Lin savā stāstījumā uzsvēra FIRST iniciatīvas (Fostering Innovation for Resilience and Sustainable Transformation, 2024–2033) nozīmi. Tās mērķis ir apvienot zinātni, industriju un starptautiskās sadarbības partnerus, lai radītu mērogojamas un pieejamas tehnoloģijas, kas palīdzētu valstīm un sabiedrībām kļūt noturīgākām un pāriet uz aprites bioekonomikas modeli.

Biosurfaktanti no pārtikas atkritumiem

Prof. Lin atklāja savas komandas pētījumu rezultātus, un demonstrēja pieejas biosurfaktantu, tostarp soforolipīdu, ieguvei no pārtikas un maiznīcu eļļām, kas rodas kā blakusprodukti. Lai uzlabotu procesus, tika samazināti inhibējošo piemaisījumu daudzumi, izmantota adaptīvā evolūcija laboratorijas apstākļos (adaptive laboratory evolution - ALE) un mutaģenēze ar istabas temperatūras plazmu (ARTP). Tika izstrādāts arī viena reaktora process, kurā vienlaikus norisinās saharifikācija un fermentācija. Reaktora plūsmas dinamika tika optimizēta ar CFD modelēšanu (skaitlisko šķidruma plūsmas dinamikas analīzi). Šīs metodes ļauj realizēt vienkāršākus, efektīvākus un videi draudzīgākus bioprocesus, ar kuriem iespējams pārstrādāt sarežģītas izjevielas.

Poliuretāna putas no pārtikas atkritumu lipīdiem

Svarīgs sadarbības piemērs ar LVKĶI ir projekts, kurā kopā ar pētniekiem Ph.D. Miķeli Kirpļuku un Ph.D. Andu Fridrihsoni izstrādāti bio-polioli no pārtikas atkritumu lipīdiem. Šie bio-polioli izmantoti cietā poliuretāna putuplasta ražošanai ar ļoti labām siltumizolācijas īpašībām.

Tehniski–ekonomiskā analīze parādīja šīs pieejas dzīvotspēju (aprēķinātā minimālā pārdošanas cena ~2,04 USD/kg), bet dzīves cikla novērtējums (LCA) uzrādīja mazāku ietekmi uz klimatu nekā fosilajiem analogiem. Vienlaikus tiek strādāts pie nākamā posma – bezizocianātu poliuretāniem (NIPU), kur kā atjaunojamais oglekļa avots ir izmantotas biogēnās atkritumu plūsmas un, izmantojot CO₂ fiksāciju, tiek radīti bezizocianātu poliuretāni. Šo pētniecības darbu paredzēts turpināt Collaborative Research Fund projektā ar nosaukumu “A Biorefining Approach to Converting Organic Solid Wastes into Multiple High Value-added Bioproducts (2025-2028)”.

Profesores Lin prezentācijā bija iekļauta arī fotogrāfija ar Ph.D. Miķeli Kirpļuku un Ph.D. Andu Fridrihsoni, kas simbolizē LVKĶI un CityUHK sadarbību, pārvēršot pārtikas atkritumus materiālos ar augstu pievienoto vērtību.

Ilgtspējīga aviācijas degviela (SAF): WASTES-to-WINGS

Viens no lekcijas centrālajiem akcentiem bija ilgtspējīgas aviācijas degvielas (SAF) izstrāde. Kopā ar sadarbības partneriem no Hong Kong Polytechnic University tiek veidota SAF pētniecības platforma, kas paredzēta vietējo atkritumu izmantošanai un lignocelulozes pilnīgai pārstrādei. Process ietver vairākus soļus: vispirms biomasa tiek sadalīta lignīnā un cukuru frakcijās, tad lignīns ar hidrogenolīzes palīdzību (ūdeņraža šķelšana katalītiskos apstākļos) pārvērsts cikloalkānos, savukārt C5 un C6 cukuri tiek fermentēti 2,3-butāndiolā, ko tālāk pārveido izo-alkānos. Pēc tam seko ātrā testēšana, lai novērtētu jauniegūto SAF īpašības.

Kā norādīja profesore, galvenais izaicinājums ir fakts, ka šobrīd SAF veido mazāk nekā 1 % no aviācijas degvielas tirgus, un pastāv arī vietējo piegādes ķēžu trūkums. Risinājums ir atkritumu plūsmu pilnvērtīga izmantošana un ātrāka jauno tehnoloģiju validācija.

Mikroaļģes: resursu izmantošana un notekūdeņu attīrīšana

Prof. Lin demonstrēja arī eksperimentus ar mikroaļģi Chlorella, kas audzēta uz pārtikas atkritumu hidrolizāta. Ilgāks apgaismojums veicināja ogļhidrātu un proteīnu uzkrāšanos, bet ilgāka tumsa – lipīdu veidošanos. Paralēli mikroaļģes izmantotas notekūdeņu attīrīšanai, tostarp antibiotikas trimetropīna noārdīšanai. Kombinējot dažādus apgaismojuma režīmus ar papildu oglekļa avotiem (piemēram, etanolu), izdevās panākt gan efektīvāku piesārņotāju degradāciju, gan lielāku biomasas pieaugumu.

No problēmas uz risinājumu – arī Latvijā

Prezentācijas noslēgumā profesore Lin akcentēja, ka pasaulē pārtikas atkritumu apjoms pieaug, un pieminēja arī Latvijas datus, kas apliecina šīs problēmas aktualitāti mūsu valstī. Viņasprāt, ceļš uz risinājumu ir spēcīga zinātnes un industrijas sadarbība, atbilstoša infrastruktūra un loģistika, kā arī piemērots regulējums, kas ļauj efektīvi ieviest aprites bioekonomikas modeļus praksē.

Sadarbība starp City University of Hong Kong un LVKĶI jau apliecina, ka šādas partnerības var dot praktisku rezultātu – no pārtikas atkritumu pārvēršanas cietajā poliuretāna putuplastā līdz iespējām izmantot koksnes biomasu ilgtspējīgas aviācijas degvielas ražošanai nākotnē.

Profesores vizīte LVKĶI laboratorijās

Pēc lekcijas profesore Lin devās ekskursijā pa LVKĶI, kuru organizēja mūsu pētniece Ph.D. Daniela Godiņa. Par Biorafinēšanas laboratorijas pētījumiem, sasniegumiem un nākotnes plāniem stāstīja laboratorijas vadītājs Dr. Jānis Rižikovs. Lignīna ķīmijas laboratorijas un LVKĶI pilotiekārtu angāra darbību raksturoja pētnieks Matīss Pāls, savukārt Bioinženierijas laboratorijas pētījumus prezentēja laboratorijas vadītājs Dr. Oskars Grīgs. Ar Polimēru laboratorijas darbu un sasniegumiem iepazīstināja vadošais pētnieks Ph.D. Miķelis Kirpļuks. Profesores vizītes organizatoriskos jautājumus koordinēja vadošā pētniece Ph.D. Anda Fridrihsone.