Badacz z Akademii Górniczo-Hutniczej sprawdza, czy martwe owady odławiane w polskich lasach można zamienić z odpadu w przemysłowy surowiec. Mgr inż. Eugeniusz Świstuń chce pozyskiwać ze szkodników drzew chitynę i chitozan – biopolimery wykorzystywane m.in. w medycynie, przemyśle spożywczym, rolnictwie, kosmetyce i produkcji bioplastików. Stawką jest znalezienie krajowego źródła materiału, który Europa w dużej mierze importuje dziś z Azji.
Chityna należy do dwóch najpowszechniejszych biopolimerów występujących w przyrodzie, obok celulozy. Buduje m.in. pancerze stawonogów. Jej pochodną jest chitozan, który dzięki swoim właściwościom chemicznym można wykorzystać znacznie szerzej w przemyśle.
Korniki zamienią się w opatrunek albo bioplastik
Lista zastosowań chitozanu jest długa. Materiał wykorzystuje się przy produkcji opatrunków, oczyszczaniu wody i usuwaniu zanieczyszczeń ze środowiska, a także jako składnik nawozów o kontrolowanym uwalnianiu czy pasz. Trafia również do branży spożywczej, gdzie może służyć do produkcji jadalnych powłok i konserwacji żywności. Przemysł tekstylny wykorzystuje go m.in. w tkaninach antybakteryjnych, a biotechnologia – przy wytwarzaniu bioplastików.
Rosnące zainteresowanie widać w statystykach. W latach 2016-2021 wartość rynku chityny i chitozanu rosła średnio o 15,4 proc. rocznie i doszła do 4,2 mld dolarów. W 2023 r. szacowano ją już na 10,3 mld dolarów, a do 2030 r. ma być blisko trzykrotnie większa.
Dziś głównym źródłem przemysłowej chityny są pancerze krewetek i krabów, czyli odpady powstające przy przetwórstwie owoców morza. Produkcja koncentruje się przede wszystkim w krajach Azji Południowo-Wschodniej, takich jak Chiny, Indie i Tajlandia. Rosnącą rolę odgrywają też producenci z Ameryki Południowej, zwłaszcza Chile.
– Europa pozostaje w dużej mierze zależna od importu tego surowca. Z tego względu rozwój lokalnej produkcji, także w Polsce, mógłby stanowić ważny element budowania bezpieczeństwa dostaw. Jak wskazują doświadczenia ostatnich lat, od pandemii COVID-19 po konflikty międzynarodowe, globalne łańcuchy logistyczne są podatne na zakłócenia. Produkcja realizowana na miejscu mogłaby ograniczyć to ryzyko, nawet jeśli wiązałaby się z potencjalnie wyższymi kosztami – mówi mgr inż. Eugeniusz Świstuń, doktorant na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska.
Szkodniki są dziś odpadem. Ten naukowiec widzi w nich surowiec
Projekt finansowany w ramach programu PRELUDIUM 24 Narodowego Centrum Nauki ma odpowiedzieć na pytanie, czy chitynę i chitozan da się skutecznie pozyskiwać z owadów zwalczanych w polskich lasach. Chityna znajduje się przede wszystkim w ich egzoszkieletach, czyli twardych zewnętrznych osłonach ciała.
Sam pomysł ekstrakcji polimerów z owadów nie jest nowy. Naukowcy wcześniej pozyskiwali je m.in. z wylinek i martwych motyli, pszczół, chrabąszczy czy much domowych. Wykorzystywanie dziko żyjących szkodników leśnych jest jednak nadal rzadkie, a w Polsce podobnych badań dotąd nie prowadzono.
Materiał do doświadczeń pochodzi z pułapek feromonowych stosowanych przez leśników. Są to urządzenia z substancją zapachową przyciągającą konkretny gatunek owada. Dzięki temu badacz otrzymuje wyselekcjonowaną biomasę, a inne owady nie trafiają do pułapek przypadkowo.
– Na potrzeby jednego z moich ostatnich artykułów wykonałem szacunki oparte na badaniach terenowych dotyczących korników. Okazało się, że w pojedynczej pułapce feromonowej może zgromadzić się nawet do 1,5 kg owadów. W okresie gradacji na jednym hektarze rozmieszcza się zwykle kilka takich pułapek, a działania obejmują często setki lub tysiące hektarów lasu. Przy założeniu powierzchni 10 tys. ha i dwóch pułapek na hektar, daje to około 30 t odłowionych owadów. Skala biomasy pozyskiwanej w ten sposób jest więc znacząca – tłumaczy naukowiec z AGH.
Pięć gatunków trafi pod lupę
Badacz zamierza sprawdzić co najmniej pięć gatunków szkodników: kornika drukarza, chrabąszcza majowego, rytownika pospolitego, brudnicę mniszkę oraz kornika ostrozębnego.
Proces pozyskiwania chityny i chitozanu z owadów jest zbliżony do metod stosowanych przy skorupiakach. Najpierw materiał trzeba oczyścić i wysuszyć, a potem zmielić. Następnie z biomasy chemicznie usuwa się białka, minerały oraz część grup acetylowych, żeby otrzymać chitozan. Na końcu materiał przechodzi dekoloryzację, czyli usuwanie naturalnych pigmentów.
Badacz będzie porównywał zarówno ilość uzyskanego biopolimeru, jak i jego jakość. Znaczenie mają m.in. stopień deacetylacji, rozpuszczalność, lepkość i krystaliczność, ponieważ to one decydują, do jakich zastosowań chitozan będzie się nadawał.
Po pierwszym etapie naukowiec chce wybrać jeden najbardziej perspektywiczny gatunek i zoptymalizować cały proces. Celem jest uzyskanie chitozanu odpowiadającego 10 proc. suchej biomasy owadów, przy stopniu deacetylacji wynoszącym co najmniej 75 proc.
Z laboratorium do większej skali
Koszty procesu będą równie ważne jak sama wydajność. Mgr inż. Eugeniusz Świstuń chce sprawdzić m.in., czy etapy prowadzone tradycyjnie w temperaturze około 70 st. C da się przeprowadzać w jeszcze niższej temperaturze bez utraty skuteczności. Mniejsze zużycie energii mogłoby obniżyć koszt produkcji. Badacz chce też zoptymalizować ilość i stężenie używanych odczynników.
Ostateczny test ma wyjść poza laboratoryjną skalę. Na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH powstaje we współpracy z zewnętrzną firmą reaktor chemiczny, który pozwoli prowadzić proces w większej, półtechnicznej skali.
Naukowiec przyjął konkretny próg: sukcesem będzie uzyskanie 150 g chitozanu z 0,5-1 kg suchej biomasy owadów. Taki wynik miałby otworzyć drogę do dalszego rozwijania technologii.
Pomysł może mieć również znaczenie dla gospodarki leśnej. Martwe owady schwytane w pułapki są dziś utylizowane albo zostawiane do naturalnego rozkładu. Jeśli staną się surowcem o wartości przemysłowej, ich odławianie może zyskać dodatkowe uzasadnienie ekonomiczne, a leśnicy mogliby częściej sięgać po inne metody ograniczania liczby szkodników zamiast oprysków chemicznych.
Polecamy również:
- „Gdzie kupić?” zamiast „czy to bezpieczne?”. Tak Polacy interesują się kryptowalutami
- Jest mniej L4 związanych z alkoholem, ale firmy nadal ponoszą konkretne koszty
- 55 proc. polskich uczniów korzysta z AI co tydzień. Wyniki pokazują ciekawy paradoks
