A laboratórium a bio­gazda­sá­­got oly módon segíti, hogy a célcsoportokat kémiai információval látja el a szlovák–magyar határ menti ré­gió­ban elő­for­duló megújuló hulladék és melléktermék bioanyagokról. Az is­me­re­tek a bio­anya­gok szer­ke­ze­tére, ké­miai tulajdonságaira és ve­gyi ter­mék­ké alakí­tá­suk lehetséges el­já­rá­sai­ra vo­nat­koznak. A laboratóriumi inf­ra­struk­túra beszerzése az Európai Re­gio­ná­lis Fejlesztési Alap (ERFA) támo­ga­tá­sá­ból valósult meg.

A fenntarthatóság záloga a ter­mé­szeti erőforrásokkal megvalósított kör­for­gá­sos gazdaság kiterjesztése min­den technológiára. A biogazdaság vagy bio­ökonómia (nem össze­tévesztendő a bio­gaz­dál­ko­dás­sal) nem más, mint bioanyagokkal megvalósított kör­for­gá­sos gazdálkodás. A szerves anyagokat termelő, feldolgozó, hasznosító és újra­hasznosító technológiák sorának vé­gén elkerülhetetlenül ott van, hogy a szerves anyag lebomlik, és végső so­ron lényegében szén-dioxiddá, vízzé és ener­­giává alalakul. A biogazdaság nem kar­bonmentes, de karbonsemle­ges, mert a keletkező szén-dioxidot a fo­to­szin­tézis visszaalakítja szerves anyag­gá, ami az anyagforgás körét bezárja.

A klímavédelem szempontjából a körforgásos biogazdaság előnyös vo­nása, hogy képes a természeti eredetű szenet hosszabb ideig hasznos és kö­tött formában, élelmiszerben, vegyipari ter­mékben, például üzem­anyagban, gyógy­szerben, kozmetikumban vagy po­li­mer­ben megőrizni. (Megoldható, hogy a szenet hosszú ideig tároljuk, például szénként, karbonátként vagy föld alatti tárolóban szén-dioxidként, hogy ne kerüljön üvegházhatású szén-dioxid a légkörbe, de ezek a kötött kar­bon­formák nem tekinthetők hasz­nos­nak.) A bioanyagokat hasznosító tech­noló­giák karbonsemlegesen elé­gí­­te­nek ki emberi szükségleteket, mi­köz­ben késleltetik a bio­szén szén-di­oxiddá alakulását és vissza­kerülé­sét a lég­­kör­be. Nyilvánvaló, hogy a biogazdaság meg­teremtésében fontos sze­repe van a kémiának, az olyan technológiáknak, melyeket bio- és/vagy kemo­tech­noló­giai műveletek alkotnak. Itt említjük meg a cukorpolimerek ké­miai vagy enzimes hidrolízisét, ame­lyet a cukrok fermentációja kö­vet­het, például ace­ton-butanol-eta­nol (ABE) eleggyé vagy etanollá, és mely fermentációs ter­mé­kek alapanyagai lehetnek további kémiai szin­té­zi­seknek, üzemanyagok és vegyi anyagok előállításának.

A természetben legnagyobb tömegben újratermelődő bio­anyag a lignocellulóz, amely kétféle cukorpolimert, cellulózt és hemicellulózt, valamint egy aromás alkoholszármazék „monomerekből”, lig­nolokból felépülő polimert, lignint tar­talmazó biopolimer kompozit anyag. A szlovák–magyar kö­zös la­bo­rató­riumban a TTK a növényi eredet által meg­határozott, sajátos struktúrájú lig­no­cel­lulóz anyagokat polimer és ké­miai össze­tételükkel jellemez, va­la­mint olyan kémiai, elsősorban kata­li­ti­kus techno­lógiák tudományos meg­ala­pozásával foglalkozik, melyekkel a lignocellulóz­ból értékesebb vegyi anyagokat lehet előállítani.

Az eredet és az összetétel össze­függésének feltárásához az együtt­mű­ködő partnerek mezőgazdasági hul­ladé­kokból és melléktermékekből egy úgynevezett „biobankot” hoztak létre. A biobankban tárolt anyagok vizs­gá­lata hosszú időre munkát ad a közös laborató­rium­nak. A TTK mun­káját a lig­ninben dús papíripari mel­léktermék jellemzésére és fel­­dolgozására is ki­terjesztette. A ké­miai feldolgozás első lépése a bio­poli­mer komponensek el­különítése és de­polimerizálása. A po­li­mer egyik leg­fon­to­sabb jellemzője a po­limer molekula­tömeg-eloszlása. A TTK Anyag- és Kör­nyezetkémiai In­tézete egy kor­szerű gél­permeációs kro­ma­to­grá­fot (Ad­vanced Polymer Chro­ma­to­graph, APC) szer­zett be a közös laboratórium szá­má­ra, és üze­meltet biopolimerek molekula­tö­meg-­el­oszlá­sának meg­hatá­ro­zá­sá­hoz. A be­rendezés ult­ra­nagy haté­­konyságú/nyomású folyadék­kro­ma­to­gráf (UHPLC) üzem­mód­ban is hasz­nál­ható összetett bio­termék­ele­gyek szét­választására és összetételének meg­ha­tá­rozására.

Az ACQUITY APC/UHPLC készülék: törésmutató (RI) és diódasoros UV-Vis spektro­foto­metriás detektorok, kvaterner gradiens pumpa, termosztálható mintaterű automata mintaadagoló, kis méretű (4,6 × 150 mm) és nagy méretű (7,8 × 300 mm) oszlopok befogadására alkalmas termosztátok. A készülék 1000 bar nyomásig működtethető.

A keményítő is cukorpolimer. Hid­ro­lizálásával (de­po­li­me­ri­zá­lá­sá­val) és fermentálásával már ma is nagy tö­meg­ben állítanak elő etanolt, amelyet elsősorban üzemanyag-komponens­ként alkalmaznak.

C5 és C6 cukor monomerek és C6 dimer kromatogramja. Az elválasztás körül­mé­nyei: 4,6 × 100 mm-es XBridge BEH Amide XP oszlop 50 °C-on; 0,13 ml/min áramlási se­bes­ségű, 0,1 tf.% TEA-t (tetraetilamint) tartalmazó 75 tf.% ACN (aceto­nitril)/25 tf.% H₂O összetételű eluens; 15 µl minta; 1mg/ml koncentrációjú monomerek és dimer 75 tf.% ACN/25 tf.% H₂O-ban oldva; RI detektor (40 °C).

A táplálékként is fo­gyaszt­­ható, keményítőben gazdag ter­mények üzemanyaggá konvertálása az élelmiszerhiánnyal küzdő világ­ban már rövid időtávlatban is fenn­tarthatatlan technológia. A TTK ku­ta­tásának egyik célja csepp­fo­lyós üzemanyag-kom­po­nen­sek és vegyi anya­gok elő­állí­tá­sának ku­tatása-fej­lesz­tése bio-, kemo- és ter­mo­kémiai eljárásokkal cellulózból, he­mi­cel­lulóz­ból, valamint ligninből elő­állítható inter­medie­rek­ből.

A lignocellulóz élelmiszernek al­kal­matlan cukor­polimer­jeiből tömeg­ter­mékként lehet előállítani levu­lin­savat és úgy­nevezett második ge­ne­rációs bio­­eta­nolt. A lignocellulóz nyers­anya­gon alapuló technológiák gaz­da­sá­gos­ságát meg­határozó tényező a lignin komponens hasznosítása. A lignin ter­mo­kémiai vagy kémiai de­poli­me­ri­zá­lásával oxigéntartalmú ve­gyü­letek, fenolszármazékok és aromás szén­hid­ro­gének ál­líthatók elő.

A levulinsav, bioetanol és a lig­nin de­­polimerizációs ter­mékek ér­ték­nö­velő át­alakítására alkalmas, ha­té­kony és gaz­daságos konverziós tech­noló­giá­kat kell fejleszteni, me­lyekre környe­zet­barát, fenntartható bio­finomítót le­het ala­pozni, melynek ter­mékei képesek ki­váltani a kőolaj-fi­nomí­tói termékek jelentős részét.

A TTK-ban heterogén katalitikus eljárást kutatnak és fejlesztenek levu­lin­sav gamma-valerolaktonná (GVL) ala­kí­tá­sára. A GVL lehet üzemanyag-kom­ponens, kiváló oldószer és plat­form­vegyü­let további vegyi anyagok elő­állításá­hoz. A bioetanolból elő­állít­ható számtalan termék közül a bio­butanol és a biobutadién elő­állí­tá­sá­nak vizsgálatára fó­ku­szálnak.

A biobutanol az etanolnál ked­vezőbb tulajdonságú motor­hajtó­anyag, a butadién pedig az egyik leg­fon­to­sabb polimerizációs monomer. Ta­nul­mányozzák a lignineredetű fe­no­lok hid­ro­de­oxi­gé­ne­zési reakcióit, mely reak­ciók­kal fontos petrolkémiai alap­anya­gokat tudnak elő­állí­tani, pél­dául ben­zolt, ciklohexént, ciklohexánt és ezek alkil­származékait.

A szlovák–magyar közös labo­ra­tó­riu­mot az Interreg V A – Szlovákia–Ma­gyar­or­szág Együttműködési Prog­ram tá­mo­gatja. A támogatott pro­jekt­ről és a TTK-ban folyó munkáról rész­le­te­sebben a http://www.ttk.hu/palya­za­tok/bio­economy honlapon lehet tá­jé­kozódni.•