Biologiska processer för högvärdeskemikalier från lignin
- Diarienummer
- RBP14-0052
- Start- och slutdatum
- 150101-201231
- Beviljat belopp
- 26 005 788 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Lignin är en komplex polymer av aromatiska byggstenar. Ligninet utgör en avsevärd viktsandel av biomassa från lignocellulosa, såsom trä och restprodukter från jordbruket. På grund av ligninets komplexitet har bioraffinaderier främst fokuserat på kolhydratdelen av lignocellulosa, och ligninet har huvudsakligen avsatts till bränsle för att generera processånga eller för el/värme- produktion. Detta projekt avser att demonstrera att lignin kan användas som en värdefull källa för produktion av kemikalier med hjälp av skräddarsydda mikroorganismer och processer. För att nå detta mål, kommer vi isolera och karaktärisera ligninnedbrytande mikroorganismer och enzymer från naturen (Del 1). Den sammanställda informationen om lignin-metabolism - och associerade enzymer - kommer utgöra en grund för att utveckla effektiva strategier för att omvandla lignin-mono- och/eller oligomerer till acetyl-CoA-baserade kemikalier med hjälp av metabola metoder (Del 2). Denna uppgift kommer också kräva framtagande av nya anpassade depolymeriseringsmetoder för lignin (Del 3) samt analysmetoder för karakterisering av depolymeriserad lignin (Del 4). Projektet förväntas kunna förändra lönsamhetsbilden för bioraffinaderier på ett avgörande sätt, genom att öka möjligheter att höja värdet för ligninet. Projektet kommer också ge värdefulla resultat inom ligninrelaterad grundforskning rörande depolymerisering, mikrobiell metabolism, kemisk analysmetoder samt syntetisk biologi.
Populärvetenskaplig beskrivning
En omställning till ökad produktion från förnybara råvaror, kräver en omfattande utveckling av ny teknik för att nå effektivt utnyttjande av råvaran och minimera energiåtgång och förluster. Lignocellulosa, i form av olika typer av växtmaterial, är vår största förnybara biomassa. Lignocellulosa består huvudsakligen av de tre polymera fraktionerna cellulosa, hemicellulosa och lignin, och stora insatser görs idag för att få fram ny teknik och nya produkter från lignocellulosa. Ofta används termen "bioraffinaderi" för processkoncept där många olika produkter produceras samtidigt från biomassan. Svensk skogsindustri är på väg in i en genomgripande förändring, orsakad av konkurrensskäl, men också av grundläggande förändringar i marknadens behov – inte minst av papper. Nya tillämpningar är därför intressant. I de flesta bioraffinaderikoncept ligger fokus på utnyttjande av kolhydratdelen, dvs cellulosan och hemicellulosan, medan ligninet används som bränsle enbart. Det finns en stor potential för användning av lignin som råvara till andra produkter. Det innebär samtidigt en stor utmaning att lyckas med detta, eftersom det är svårt att kontrollerat omvandla ligninet till enklare föreningar, och även svårt att kemiskt karakterisera lignin. I detta projekt avser vi att undersöka nya möjligheter att komma runt problemet genom att använda en kombination av en termokemisk behandling - som delvis depolymeriserar ligninet - och en biologisk omvandling av ligninfragment till nya produkter. Strategin är att utveckla en mikrobiell produktionsorganism, en jästsvamp, som förmår omvandla en stor del av ligninfragmenten till föreningen Acetyl-CoA, vilken är en central förening i metabolismen. Från acetyl-CoA grenar många olika mikrobiella produktvägar ut sig med t.ex. möjliga slutprodukter som isoprenoider eller lipider. Målet för detta projekt är att ta fram en process för partiell depolymerisering av lignin, och att utveckla en "plattformsorganism" som kan omvandla ligninfragment till Acetyl-CoA. Denna kan senare specialdesignas för olika produkter. Projektet innebär omfattande och nydanande arbeten inom såväl analytiska metoder för lignin, bioteknik och processteknik, och bygger på ett nära samarbete mellan mikrobiologer, molekylärbiologer, analytiska kemister och kemitekniker vid Lunds universitet. De doktorander och post-doktorer som forskar och utbildas i projektet, kommer att utgöra en viktig resurs för industriell implementering av resultaten.