Så används cirkulär biobaserad innovation för skapa värde ur ”avfall”

− När vårt forskningsområde beskrivs sägs det ofta att vi arbetar med avfall. Men det handlar inte om avfall då biomassan kan användas som huvudråvara i nya processer. Det finns stor potential i att förädla och skapa värde från så kallade industriella sidoströmmar eller restråvaror, säger Amparo Jiménez Quero, forskarassistent på institutionen för life science.

Cirkulär ekonomi är en modell för hur samhällets ska minska sin användning av resurser och därmed också minska sin påverkan på vår miljö. Begreppet är centralt för Amparo Jiménez Queros forskning som kretsar kring hållbar innovation.

− För mig är hållbarhet mer än mitt forskningsfokus − det är ett personligt engagemang för att tänka om när det gäller hur vi använder våra resurser. Jag tror att vetenskapen har kraften att återanpassa våra system till naturens kretslopp och att möjliggöra lösningar för återuppbyggnad istället för att utarma, säger hon.

"Drivs främst av frågor som leder till konkreta lösningar"

Amparo Jiménez Queros väg mot sitt nuvarande forskningsområde började 2009 när hon studerade biologi på universitetet i hemstaden Sevilla i Spanien. Under sin andra masterutbildning började hon inrikta sig mot industriell mikrobiologi och bioteknik. Det var då hon upptäckte sin passion för att tillämpa kunskap inom grundforskning för att utveckla lösningar som kan överbrygga klyftan mellan forskning och innovation.

− Jag har fått höra att jag aldrig slutade ställa frågor när jag väl började prata som barn – och jag har faktiskt inte slutat ställa frågor än. Jag är väldigt nyfiken av mig. Även om grundforskning fortfarande är stommen i mitt arbete, drivs jag främst av frågor som leder till konkreta lösningar. Speciellt de som har potential att få positivt genomslag i samhället, säger hon.

"Förenar grundforskning och biobaserade lösningar"

Amparo Jiménez Quero kom till Chalmers år 2024 från en roll som forskningsledare på Kungliga Tekniska högskolan, KTH, i Stockholm. Hon rekryterades via en satsning av det nationella forskningscentrumet Wallenberg Wood Science Center, WWSC. Centrumet, där Chalmers är en av tre universitetspartner, arbetar med innovation och nya material från skogsråvaror.

− Chalmers erbjuder en unik miljö där tvärvetenskapligt samarbete och hållbarhet är en väl integrerad del av forskningskulturen. En stor bidragande faktor var att få bli en del av WWSC tack vare centrumets unika fokus på att fördjupa vår förståelse för hur vi kan nyttja biomassa bättre. Här lyckas man förena grundforskning och biobaserade lösningar för samhället.

Undersöker potential i olika typer av biomassa

Under åren, från flytten till Strasbourg i Frankrike där hon doktorerade, till en tjänst som postdoktor och sedan forskningsledare på KTH, har intresset för att arbeta med sidoströmmar från industrin växt och utvecklats.

Idag arbetar Amparo Jiménez Quero och hennes forskningsgrupp med en stor bredd av forskningsämnen – från utveckling av gröna och hållbara metoder för att extrahera och omvandla biomassa till eftertraktade produkter − till att använda bioteknologi där mikroorganismer och enzymer används för att optimera eller tillverka nya molekyler.

− Jag gillar verkligen att undersöka potentialen i olika typer av biomassa. Alla har sina unika egenskaper, och det är givande att försöka lista ut hur man genom hållbara processer kan få bästa resultat ur dem.

Tillämpning av forskning är mycket bred

Gruppens projekt rör biomassa från flera olika ursprungskällor; restråvaror från skogs- och jordbruk, alger och mikrober − alla med sina unika egenskaper och möjligheter.

− Eftersom utfallet beror på ursprungsmaterialet och att potentialen i olika typer av biomassa varierar mycket, är tillämpningen av vår forskning också bred. Därför kan vi ibland ha målet att ta fram slutprodukter som ska användas i nya material, men ibland siktar vi på ingredienser till livsmedel. Vi arbetar också med ämnen som kan användas i kosmetika och för biomedicinska applikationer, säger Amparo Jiménez Quero.

Bearbetningen ska bevara naturliga egenskaper 

Även om potentialen varierar använder forskarna ofta liknande processer för att ta sig an biomassan.

− Till exempel tillämpar vi grön kemi i vårt arbete. Det innebär att vi försöker minimera kemisk bearbetning av biomassan − oftast genom att använda vattenbaserade processer eller att använda biokatalysatorer, säger Amparo Jiménez Quero.

Ett exempel är användningen av så kallad subkritisk vattenextraktion, en grön teknik där man använder vatten under kontrollerade förhållanden för temperatur och tryck. Det möjliggör att vattnet fungerar som ett organiskt lösningsmedel – utan att farliga kemikalier behöver användas.

Genom att justera vattnets egenskaper kan det varsamt extrahera värdefulla molekyler från biomassan, såsom polymerer som kan användas till biobaserade förpackningar. Samtidigt bevarar metoden polymerernas naturliga egenskaper. En ytterligare fördel är att processen inte genererar giftigt avfall, vilket gör den både effektiv och miljövänlig.

− Det är en stor vinst miljömässigt, och det är dit vi vill nå. Men det slutar inte där, vi vill också säkerställa att slutprodukten, till exempel en biobaserad förpackning, kan återvinnas eller brytas ner på ett säkert sätt. Ett annat exempel är projektet PHAntastic där vi utvecklar biobaserade och nedbrytningsbara produkter som alternativ inom jordbruk, där produkterna vid nedbrytning återför näring och goda mikroorganismer till jorden, säger Amparo Jiménez Quero.

Grundlig karaktärisering en nyckel till framgång

Det finns dock stora utmaningar när man utvecklar processer för att bearbeta biomassa, en av de största utmaningarna är att startmaterialet måste karaktäriseras grundligt. Biomassa kan se väldigt olika ut, även om det kommer från samma ursprungskälla. 

− Biomassa som har samlats in från olika områden eller under olika årstider kan uppvisa väldigt olika egenskaper, förklarar Amparo Jiménez Quero.

Dessa naturliga variationer påverkar sammansättningen och beteendet hos biomassan, vilket innebär att de måste undersökas och hanteras när man designar industriella processer som ska vara både effektiva och ekonomiskt lönsamma.  

− Det är viktigt för samhället att vi tar vara på de industriella sidoströmmar som idag ofta behandlas som avfall. Till exempel arbetar vi i CIRCALGAE-projektet med industriella restprodukter från alger – där restprodukterna utgör 70 till 95 procent av den totala biomassan. Det innebär att endast en liten del av naturresursen används i dagsläget, säger Amparo Jiménez Quero och fortsätter: 

− Men det finns många utmaningar. Marknaden måste efterfråga produkterna och utfallet av produktionen måste bli tillräckligt stort för att industrin ska vara villig att investera i den. 

"Måste vara öppen att lära av andra"

Samarbete är viktigt för att forskningen ska gå framåt, bland annat för att förstå industriella behov och för att komma till nya insikter. Amparo Jiménez Quero samarbetar med både industriella och akademiska partners i sina projekt.

− För mig är det viktigt att se och delta i hela processen – från när man identifierar en relevant utmaning och skriver anslagsansökan, till att forma nya idéer och utföra själva forskningen. Det är hela redan som är som gör forskningen meningsfull. För att resan ska bli bra måste man fortsätta vara nyfiken, man måste vara öppen för att lära av andra, och arbeta nära samarbetspartner, säger hon.

Amparo Jiménez Quero säger att forskningen har kommit långt, men att det fortfarande finns mycket att utforska. 

− Min vision är att vi ska fortsätta flytta gränserna för hur vi använder biomassa – inte bara för att byta ut fossilbaserade material, utan även för att skapa smartare, mer cirkulära lösningar. Jag vill att min forskning ska fortsätta koppla grundforskning med äkta genomslag i samhället och jag ser fram emot var den vägen kommer att leda. 

Läs mer om Amparo Jiménez Queros forskning

• Quero forskargrupp
• Horizon Europe projekt CIRCALGAE: CIRCular valorisation of industrial ALGAE waste streams into high-value products to foster future sustainable blue biorefineries in Europe.
• Horizon 2020 projekt SISTERS: Systemic Innovations for a SusTainable reduction of the EuRopean food waStage
• EU-projekt PHAntastic: Bioactive Polymers for Healthier Soil
• EU-projekt FOODIMAR: sustainable climate-Friendly quality fOOD Ingredients from MArine side-stReam