Mici, dar puternice: microorganismele contribuie la creșterea sustenabilității la BASF

• BASF conduce transformarea către creșterea sustenabilității cu soluții inovatoare pentru materii prime, procese și produse
• Biotehnologia albă folosește microorganismele pentru a concepe produse care economisesc resursele și sunt prietenoase cu mediul înconjurător, dintr-o varietate de materii prime
• Cercetarea de bază în domeniul biodegradării accelerează dezvoltarea materialelor durabile

La BASF, inovația și sustenabilitatea sunt inevitabil conectate. Cercetătorii din întreaga lume lucrează la soluții inovatoare pentru a folosi surse alternative de materii prime și pentru a dezvolta procese de producție și produse ecologice. Proiectele actuale de cercetare și exemplele de inovații pentru diferiți pași ai lanțului valoric au fost prezentate de Dr. Melanie Maas-Brunner, membru al Consiliului Director Executiv al BASF SE și Chief Technology Officer, împreună cu oameni de știință, în cadrul conferinței de presă BASF Research. Evenimentul s-a concentrat pe tehnologiile în care microorganismele contribuie la creșterea durabilității.

Platforma unică de cercetare și dezvoltare a BASF servește drept punct de plecare pentru dezvoltarea de soluții chimice durabile. „În ultimii ani, am adaptat sistematic această platformă la nevoile clienților noștri”, a spus Maas-Brunner. BASF are aproximativ 10.000 de angajați care lucrează în cercetare și dezvoltare în întreaga lume. În 2021, compania a investit aproximativ 2,2 miliarde de euro în dezvoltarea de produse durabile și noi domenii tehnologice. „Extinderea competențelor reprezintă, pentru noi, o sarcină permanentă”, a spus Maas-Brunner. Printre exemple se numără generarea de hidrogen fără CO₂, electrificarea proceselor de producție și promovarea economiei circulare, precum și utilizarea de noi surse de materii prime și folosirea instrumentelor digitale cu și mai multă eficiență.

Investițiile în cercetare și dezvoltare își arată rezultatele – drept dovadă, produsele pe care BASF le-a introdus pe piață în ultimii cinci ani au generat vânzări în valoare de peste 11 miliarde de euro. În cadrul industriei chimice, BASF deține o poziție de lider în ceea ce privește numărul și calitatea brevetelor sale. „Sunt deosebit de fericit că în 2021, 45% dintre cererile noastre de brevet au fost legate de inovații cu un accent deosebit pe durabilitate – iar această tendință este în creștere”, a spus Maas-Brunner. Și pe termen lung compania dorește să-și crească vânzările și câștigurile din produse care aduc o contribuție semnificativă la sustenabilitate.

„Multe dintre tehnologiile care vor permite o societate neutră din punct de vedere climatic nu au fost încă inventate”, a spus Maas-Brunner. Prin urmare, este important să depășim provocările viitoare prin deschiderea către tehnologii și încorporarea conceptelor tehnologice alternative. „Pentru a face acest lucru, avem nevoie de alianțe – cu toți actorii din industrie, știință, politică și societate. Alianțele dintre companii și instituțiile legislative sunt deosebit de importante pentru că avem nevoie de condiții-cadru bune care să sprijine acțiunile noastre”, a spus Maas-Brunner.

Biotehnologia albă devine tot mai importantă

Datorită gamei sale extinse de competențe tehnologice, BASF poate dezvolta soluții inovatoare pentru chimie neutră din punct de vedere climatic. Biotehnologia albă devine o parte din ce în ce mai importantă a setului de instrumente BASF. „Acestea sunt instrumentele naturii; oamenii le folosesc de mult timp și le rafinează în mod constant”, a spus dr. Doreen Schachtschabel, vicepreședinte White Biotechnology Research la BASF. Microorganismele, precum bacteriile sau ciupercile, sunt implicate în aceste procese biologice, inclusiv fermentarea și bio-cataliza. Ei folosesc diverse materiale organice pentru a le transforma în produse finale complet diferite – spre exemplu vin, pâine sau brânză, dar și substanțe pentru industria chimică. „Biotehnologia albă a devenit una dintre tehnologiile cheie, care ne permite să producem folosind o varietate de materii prime într-un mod eficient, care economisește resursele și, cel mai important, este flexibil”, a spus Schachtschabel.

Lista de substanțe chimice și produse pe care BASF le produce prin metodele biotehnologiei albe este extinsă: biopolimeri, ingrediente esențiale pentru alimentația umană și animală precum vitamine și enzime, produse de protecție a culturilor, arome și parfumuri, precum și enzime pentru detergenți și ingrediente cosmetice. În cinci din cele șase segmente ale BASF – Produse chimice, Materiale, Soluții industriale, Nutriție și îngrijire și Soluții agricole – compania produce deja peste 3.000 de produse asociate cu biotehnologia sau biodegradabile. În 2021, acestea au contribuit cu peste 3,5 miliarde de euro la vânzări, iar tendința este în creștere.

Pentru a dezvolta noi procese și produse, cercetătorii BASF lucrează cu numeroși parteneri academici și industriali externi. Bazele tehnologice și abordările sunt de obicei foarte asemănătoare, în ciuda proprietăților diferite ale moleculelor.

În primul rând, este identificat un microorganism adecvat care poate fi cultivat. În pasul următor, genomul este modificat, dacă este necesar, acționându-se asupra metabolismului în așa fel încât bacteria sau ciuperca să producă fie mai mult dintr-o anumită substanță, fie o moleculă complet nouă, cu proprietăți noi.

Apoi începe procesul biologic propriu-zis: microorganismele produc molecula țintă în volumele dorite, în condiții optime. Substanțele nutritive și elementele constitutive pot fi materii prime regenerabile, precum zahărul, dar și fluxuri de deșeuri, produse reciclate și molecule sintetizate chimic.

Digitalizarea este esențială pentru dezvoltarea de noi procese și produse. Nu este vorba doar despre a lucra mai eficient. „Fără biologie computațională, în special bioinformatică, nu am fi capabili să facem ceea ce reușim astăzi”, a spus Schachtschabel.

Dezvoltarea insecticidului Inscalis^TM arată cum chimia clasică și biotehnologia se pot completa reciproc. Primul pas în producerea acestui insecticid este procesul de fermentare. Produsul intermediar este, apoi, transformat într-un produs de protecție a culturilor finale, printr-un proces de producție bazat pe chimia clasică. „În acest caz, aducem împreună ce este mai bun din ambele lumi: prin combinarea fermentației cu sinteza chimică selectivă, procesul hibrid ne permite să producem un produs extrem de eficient și durabil, în mod eficient din punct de vedere al costurilor”, a spus Schachtschabel.

În viitor, BASF va continua să se bazeze pe o fundație flexibilă și extinsă de materii prime și tehnologii. „Recunoaștem că biotehnologia, ingineria și chimia clasică, atunci când sunt integrate în mod optim, permit procese care sunt foarte eficiente, precum și sustenabile din punct de vedere economic și ecologic. Acest lucru va ajuta BASF să-și atingă obiectivele de sustenabilitate”, a spus Schachtschabel.

Carbonul gazos – sursă alternativă de materie primă

Pe lângă fermentarea clasică, ce se bazează, de obicei, pe materii prime regenerabile, BASF și firma americană LanzaTech lucrează împreună la procese speciale în care bacteriile folosesc surse gazoase de carbon, cum ar fi monoxidul de carbon și dioxidul de carbon, ca materie primă. Carbonul poate proveni din gazele reziduale de la oțelării, rafinării și fabrici chimice, dar și din deșeurile menajere gazeificate. „Ne dorim să valorificăm potențialul fermentației gazelor pentru a produce substanțe chimice, utile în lanțurile valorice chimice”, a spus prof. Michael Helmut Kopf, director Alternative Fermentation Platforms, în cadrul BASF. Unitățile de producție LanzaTech din China folosesc deja această tehnologie pentru a produce etanol și o altă fabrică din Belgia va fi în curând operațională. Cele două companii ar dori acum să producă alcooli superiori și alți intermediari folosind procese de fermentare a gazelor.

„Bacteriile noastre sunt special concepute astfel încât să poată transforma deșeurile de carbon într-o varietate de intermediari doriți”, a explicat dr. Sean Simpson, fondator și Chief Scientific Officer, LanzaTech. BASF, la rândul său, contribuie cu expertiza sa în chimie și tehnologia proceselor, precum și în intensificarea proceselor în acest proiect de dezvoltare. BASF proiectează, de asemenea, procesul de separare și purificare a produselor din sistemul de fermentație, astfel încât acestea să poată fi introduse în lanțurile valorice.

Există mai mult decât suficiente surse alternative de carbon în întreaga lume, care pot fi folosite pentru fermentarea gazelor. „Dar acest lucru va necesita o schimbare de mentalitate, pentru a permite proiecte cu caracter intersectorial – spre exemplu, conectarea industriei chimice cu fabricile de oțel sau cu firmele de gestionare a deșeurilor”, a spus Simpson. Disponibilitatea mai ridicată a unor astfel de surse alternative de materii prime va însemna mai puțină nevoie de materii prime fosile virgine pentru a produce substanțe chimice.

„Tehnologiile de gazificare a materialelor reziduale, fermentarea gazelor – împreună cu hidrogenul durabil și energia regenerabilă pentru sinteza produselor – și procesele eficiente de purificare a rezultatelor produselor pot, în viitor, să aducă o contribuție importantă la îmbunătățirea sustenabilității lanțurilor noastre valorice”, a spus Kopf, comentând potențialul tehnologiei.

Înțelegerea în detaliu a biodegradării

La BASF, bacteriile și ciupercile joacă un rol nu numai în producția de produse durabile. „Pentru noi, sustenabilitatea înseamnă, de asemenea, să cunoaștem exact cum și de ce microorganismele din mediu biodegradează produsele noastre după ce sunt folosite”, a spus profesorul Andreas Künkel, vicepreședintele Research Biopolymers în cadrul BASF. Biodegradarea înseamnă că microorganismele metabolizează molecule organice complexe în energie, apă, dioxid de carbon și biomasă.

Pentru a utiliza această metodă naturală și pentru a dezvolta produse complet biodegradabile, este nevoie de o înțelegere fundamentală a chimiei și a proceselor biologice. Prin urmare, BASF și-a extins semnificativ activitățile de cercetare și dezvoltare referitoare la biodegradare, în ultimii 10 ani. „Acest subiect incredibil de complex poate fi abordat doar de către o echipă interdisciplinară”, a spus Künkel. El a subliniat importanța colaborării interne și externe cu clienții, universitățile și institutele de cercetare, cu care BASF a realizat experimente ample în laborator și în teren. „Ne uităm în detaliu la modul în care ar trebui să proiectăm materialele astfel încât produsele noastre să se biodegradeze în sol și în sisteme tehnice, cum ar fi instalațiile de compost și de tratare a apelor reziduale”, a explicat Künkel.

Un astfel de exemplu este folia biodegradabilă ecovio®. Este un produs certificat biodegradabil în sol și ajută fermierii să obțină recolte mai mari. După recoltare, stratul protector poate fi pur și simplu arat, iar microorganismele din sol îl vor descompune. Cercetătorii BASF au lucrat cu oameni de știință de la ETH Zurich pentru a examina cum și de ce această folie se biodegradează în sol – atât în laborator, cât și pe teren. Pentru a face acest lucru, au dezvoltat noi metode de analiză care pot dovedi procesul de transformare biologică a carbonului din folia protectoare, în dioxid de carbon și biomasă.

O altă utilizare importantă a materialelor biodegradabile este reprezentată de ingredientele pentru detergenții de rufe, detergenții pentru mașina de spălat vase și cosmetice, care ajung în stațiile de epurare a apelor uzate la finalul ciclului de viață. Și în acest caz este esențial să înțelegem exact modul în care structura materialului influențează biodegradarea acestuia.

Pentru a extinde portofoliul de noi produse biodegradabile certificate, instrumentele digitale sunt o componentă importantă a muncii de cercetare. Cu colecția sa extinsă de date despre biodegradare, BASF poate dezvolta modele computerizate care să prezică într-un stadiu foarte incipient al dezvoltării produsului proprietățile și gradul de biodegradare a moleculelor și materialelor și, astfel, să permită adaptarea structurilor acestora în consecință. „BASF este un pionier și un lider în modelarea digitală a biodegradării predictive. Acest lucru este util atunci când cooperăm cu clienții pentru a dezvolta produse biodegradabile personalizate pentru o anumită aplicație”, a spus Künkel.

Înregistrarea conferinței de presă și mai multe informații despre prezentările din cadrul conferinței sunt disponibile la: basf.com/research-press-conference.