Odpady z produkcji papieru czy przemysłu spożywczego mogą się stać surowcem do wytwarzania związków wykorzystywanych m.in. w farmacji i kosmetyce. Naukowcy z Instytutu Chemii Organicznej PAN pracują nad technologią, która do przetwarzania biomasy wykorzystuje światło i procesy elektrochemiczne. Docelowo ma ona pozwolić jednocześnie wytwarzać energię elektryczną i związki organiczne bez wykorzystania ropy naftowej.
Projekt „Fotoelektrochemiczna konwersja biomasy – krok w kierunku zrównoważonej syntezy związków chemicznych” jest realizowany w ramach działania FIRST TEAM finansowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Zespołem badawczym kieruje dr Katarzyna Rybicka-Jasińska z Instytutu Chemii Organicznej PAN. Przeprowadzono już pierwsze eksperymenty na prostych związkach, a kolejnym etapem będą prace m.in. nad ligniną.
Projekt polega na szeroko pojętej konwersji biomasy, głównie skupiamy się na podejściu fotoelektrochemicznym. Jest ono stosowane na przykład w fotowoltaice, gdzie panele produkują prąd elektryczny. Wykorzystujemy bardzo podobne układy, ale produkujemy nie tylko prąd, lecz także związki organiczne. Najbardziej skupiamy się na konwersji biomasy, czyli tego, co nas otacza i przeważnie jest odpadem, np. pulpy po produkcji papieru czy skorup po owocach morza. Docelowo chcemy przekształcać te produkty wtórne w związki użyteczne np. dla przemysłu farmaceutycznego czy kosmetycznego – tłumaczy dr Katarzyna Rybicka-Jasińska.
Jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem biomasy jest opracowanie metod, które pozwolą efektywnie przekształcać ją w związki o wyższej wartości. Fotoelektrochemia jest jednym z badanych w tym celu rozwiązań. Zgodnie z założeniami projektu wykorzystanie energii światła ma pozwolić prowadzić reakcje w łagodniejszych warunkach i ograniczyć ilość energii elektrycznej potrzebnej do ich przeprowadzenia.
Generalnie zasada tego układu jest taka: mamy układ elektrochemiczny, czyli dwie elektrody – katodę i anodę. Jedna z nich jest pokryta materiałem fotoczułym. Pod wpływem światła, np. słonecznego, wzbudzamy elektrodę i dzięki temu prąd elektryczny płynie w całym układzie. Dzięki temu możemy poddać utlenieniu lub redukcji nasz materiał, czy to małe związki, monomery, czy też dużo większe – wyjaśnia liderka zespołu.
Prace trwają już półtora roku. Ich zakończenie planowane jest za dwa lata. Badacze chcą opracować system, który pozwoli sterować przebiegiem reakcji i uzyskiwać z biomasy określone związki chemiczne o potencjalnym zastosowaniu przemysłowym.
Udało nam się już opracować kilka procedur przemiany małych związków organicznych, zarówno w elektrochemii, jak i w fotoelektrochemii. Teraz będziemy powoli zmierzać w kierunku rozbudowywania tych układów na większe, np. na ligninę pochodzącą z biomasy – zapowiada ekspertka.
Lignina jest jednym z głównych składników biomasy roślinnej i powstaje w dużych ilościach m.in. jako produkt uboczny przemysłu celulozowo-papierniczego. Co roku produkuje się ok. 70 mln ton ligniny, ale mniej niż 2 proc. jest wykorzystywane do wytwarzania produktów o wyższej wartości dodanej. Większość jest przeznaczana na źródło energii w zakładach celulozowo-papierniczych. Według danych Konfederacji Europejskiego Przemysłu Papierniczego (CEPI) europejski przemysł papierniczy wyprodukował w 2025 roku 77,4 mln t papieru i tektury, o 1,6 proc. mniej niż rok wcześniej.
Fotoelektrochemiczna konwersja biomasy ma ogromny potencjał. To technologia szeroko wykorzystywana do produkcji prądu, chcielibyśmy do tego dodać jeszcze kolejny atut, czyli przy okazji produkcji prądu wytwarzać również użyteczne związki, które nie będą pochodzić z ropy naftowej – mówi dr Katarzyna Rybicka-Jasińska.
Przemysł jest jednym z głównych odbiorców ropy naftowej na świecie, a znaczna część zużywanego przez niego surowca trafia do produkcji chemikaliów. Jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) w analizie opublikowanej w 2026 roku, przemysł odpowiada za ok. 20 proc. światowego zapotrzebowania na ropę, a około 2/3 ropy zużywanej przez ten sektor służy jako surowiec dla przemysłu chemicznego.
Mamy nadzieję, że ta technologia przyniesie taki efekt, że związki, które są nam potrzebne na co dzień, czy to w kosmetykach, czy w lekach, będą produkowane w dużo bardziej ekologiczny sposób i także taniej, dlatego że będzie mniejsze zapotrzebowanie na energię – podkreśla badaczka z Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk.
Projekt otrzymał 3,55 mln zł dofinansowania ze środków pochodzących z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki.
MK