Fra metan til protein – en ny produktionsteknologi er født

Klima Unibio er en dansk biotekvirksomhed, der har udviklet en innovativ produktionsteknologi til fremstilling af bæredygtigt, økologisk og højkoncentreret protein med metan som den eneste fødekilde.

Madsen2211

Unibios protein er et mikrobielt proteinmel med ca. 70 pct. protein, der i første omgang er målrettet markeder for dyrefoder.

© Unibio
Momentum+

Unibio har i samarbejde med DTU Kemiteknik og med bistand fra Energistyrelsen udviklet en unik fermenteringsteknologi. Med teknologien kan Unibio producere protein ved gæring af en mikrobiel kultur, som bruger metan som fødekilde.

Unibios fermenteringsteknologi kopier en naturlig proces, der forekommer hver dag i bunden af søer. Her har samfund af mikrober lært at leve af metan, der fx kommer fra forrådnet plantemateriale og fiskerester.

Unibio har overført denne naturlige proces til et kommercielt gæringssystem, som Unibio har kaldt en U-Loop®-fermenter.

Patenteret og miljøvenlig teknologi

Unibio er førende inden for sit område og har udviklet og ejer rettighederne til U-Loop®-teknologien, som omdanner metan fra enhver kilde til et bæredygtigt proteinprodukt. I princippet kan U-Loop®-fermenter også anvendes til andre fermenteringsprocesser, hvor gasser skal mikses med vand.

Proteinet fremstilles ved kontinuerlig fermentering i en fermenter formet som et U med en toptank udstyret med statiske miksere og en pumpe til at drive væskestrømmen. Produktionsprocessen er aerobisk med metangas som kulstof- og energikilde for en mikrobiel kultur.

Madsen2212

Unibio anvender den methanotrophe bakterie Methylococcus capsulatus. Ud over bakteriekulturen og substrater bruges vand og fosfat samt en række mineraler i fermenteringsprocessen.

© Unibio

Ud over bakteriekulturen og substrater bruger Unibio vand og fosfat samt en række mineraler i fermenteringsprocessen.

Natriumhydroxid og svovlsyre bruges til regulering af pH-værdien. Fosfat tilføres som fosforsyre og mineralerne som sulfater, klorider eller nitrater. PH-værdien reguleres til 6,5 ± 0,3, og temperaturen holdes på 45 °C ± 2 °C.

Brugen af metangas til fremstilling af biomasse er gavnlig for miljøet, da det eneste biprodukt af produktionen er vand. Ydermere er proteinet økologisk og indeholder hverken toksiner, dioxiner eller tungmetaller.

Biomasse (X) produceres ifølge den støkiometriske formel:

CH4 + 1.45O2 −→ 0.52X + 0.48CO2

Unibio anvender den methanotrophe bakterie Methylococcus capsulatus, som alene anvender C1 som kulstofkilde.

Naturgas indeholder også alkaner som ethan, propan og butan. Den mikrobielle kultur omdanner disse til syrer, der er toksiske og derfor tilsættes en blandet bakteriekultur, som fjerner disse syrer.

Det er vigtigt at have en høj produktivitet for at være konkurrencedygtig, og derfor stilles der krav om høj opløselighed af metanen og ilten i væsken, hvilket U-Loop®-teknologien sørger for.

Da metan og ilt er svagt opløseligt i væske, har Unibio fokuseret på at udvikle U-Loop®-teknologien til at overføre større mængder gas til væske.

Fremtidens bæredygtige protein

Unibios protein, Uniprotein®-produktet, er en bæredygtig foderingrediens, der i første omgang er målrettet mod markeder for dyrefoder.

Uniprotein®-produktet er et mikrobielt proteinmel (ca. 70 pct. protein) godkendt som et fodermateriale ved EU-kommissionens forordning 2017/1017 af 15. juni 2017 om katalog over fodermaterialer og kan bruges som et direkte supplement til alle dyrefoderapplikationer.

Figur 1. Unibios teknologi reducerer brugen af vand, fordi produktionen af 1 kg Uniprotein® produktet kun kræver 10 liter vand sammenlignet med produktionen af 1 kg protein fra sojamel, som kræver cirka 6000 liter vand. Christine Dasanayake: Carbon footprint of land free protein production – endnu ikke publiceret.

Uniprotein®-produktet kan erstatte højkvalitetsfiskemel og sojabønneafledte produkter, som begge er knappe ressourcer, og hvis fællesnævner er, at produktionen af både fiskemel og sojabønner har store miljømæssige konsekvenser.

Voksende behov for proteiner

Det årlige markedsvolumen for dyre- og kæledyrsfoder er ca. 1000 millioner ton og vokser hvert år drevet af den stigende verdensbefolkning og den stigende efterspørgsel efter kødprodukter i udviklingslandene.

Markedsværdien overstiger 500 mia. USD, og det forventes at vokse markant i de kommende år.

Udnyttelse af metan fra olieproduktion, husholdningsaffald eller andre bioaffaldskilder til fodring af fermenteringsprocessen er en bæredygtig løsning, der ikke tidligere er introduceret i foderindustrien, og Unibio sidder i dag som en form for bindeled mellem energisektoren og foder- og fødevareindustrien, da man grundlæggende omdanner et energiprodukt til et landbrugsprodukt.

Unibio 090620 186

Prøver til laboratorieanalyse fra procesudvikling på Unibios demonstrationssite.

© Unibio

Netop denne position var en medvirkende faktor til, at fx Mitsubishi Corporation investerede i Unibio og gerne ville udvikle et partnerskab. Mitsubishi er netop stor inden for både energibranchen og akvakulturindustrien.

Verdensmål er en del af vores DNA

Unibio støtter FN’s Sustainable Development Goals (SDG), og virksomheden har potentiale til at ændre måden, vi i fremtiden producerer proteiner på.

For Unibio repræsenterer SDG’erne en mulighed for at vise verden, hvor bæredygtig virksomheden i virkeligheden er, samtidig med vi tilpasser virksomhedens prioriteringer med de mål, der kan støtte den globale udvikling.

Unibios teknologi og produkt passer på mange af verdensmålene, men fokus er på fire SDG’er:

2: Stop sult

Ekstrem sult og underernæring er fortsat en enorm barriere for mange lande. Tallene for 2019 viser, at 690 millioner mennesker lider af underernæring, og antallet ser ud til at stige i fremtiden i næsten alle regioner i Afrika og Sydamerika.

Ved at tilvejebringe et nyt og bæredygtigt foderproduktionssystem opstår bæredygtige landbrugsmuligheder for lande, der ikke havde denne mulighed før.

12: Ansvarligt forbrug og produktion

SDG 12 er det vigtigste og mest ambitiøse mål, fordi det bidrager til og har den største indflydelse på de andre SDG’er. SDG 12 er det hjul, der får de andre hjul til at køre.

Det har stor indflydelse på et lands økonomi, produktion og forbrug, som er medvirkende faktorer til at skabe velfærd og job. Det er derfor absolut nødvendigt, at vi reducerer vores fodaftryk ved at ændre måden, vi producerer og forbruger varer samt ressourcer på.

Landbruget er verdens største konsument af vand og forbruger næsten 70 pct. af alt anvendt ferskvand. Unibios teknologi reducerer brugen af vand, fordi produktionen af 1 kg Uniprotein® produkt kun kræver 10 liter vand sammenlignet med produktionen af 1 kg protein fra sojamel, som kræver cirka 6000 liter vand.

Det meste af vandet i U-Loop®-fermenteren kan desuden genanvendes, hvilket reducerer forbruget yderligere (se figur 1).

14: Livet i havet

Verdens have driver globale økosystemer, der gør jorden beboelig for mennesker. Vores regnvand, drikkevand, vejr, klima, kystlinjer og meget af vores mad og endda ilten i luften, vi indånder, leveres og reguleres i sidste ende af havet.

Den voksende rovdrift af kommercielt fangede fisk lægger stort pres på havets økosystemer.

Virksomheden har potentiale til at ændre måden, vi i fremtiden producerer proteiner på.

Gitte Joo Madsen,
communication and marketing coordinator for International virksomhedskommunikation, Unibio

Unibio ønsker at bidrage til en produktion af proteiner, der ikke stresser fiskeriet yderligere. Overfiskeri påvirker og beskadiger den genetiske mangfoldighed i vid udstrækning og efterlader arter, der allerede er i fare, endnu mere sårbare.

Unibio kan levere et proteinprodukt, hvis aminosyresammensætning er sammenlignelig med fiskemel, uden at fiskebestande overudnyttes, indvindes eller udtømmes. Uniprotein®-produktet kan lige så godt befri havene fra forsuring på grund af en ikke gødningsbaseret produktion.

Der kræves 1 ton vildtfanget fisk til at producere ca. 300-400 kg fiskemel (Christine Dasanayake).

Uniprotein®-produktet er næsten identisk med fiskemel med hensyn til proteinindhold og essentiel aminosyreprofil, og det har derfor potentialet til at eliminere presset på havets økosystemer.

15 Livet på land

Mennesker er afhængige af jorden i lige så høj grad som havet for vores næring og levebrød. Plantelivet leverer 80 pct. af den menneskelige diæt, og vi er afhængige af landbrug som en vigtig økonomisk ressource.

På nuværende tidspunkt går 13 millioner ha skov tabt hvert år med den vedvarende nedbrydning af tørområder, som har ført til ørkendannelse på 3,6 milliarder ha. Selv om op til 15 pct. af skovene i øjeblikket er under beskyttelse, er biodiversiteten stadig i fare.

Skovrydning og ørkendannelse forårsaget af menneskelige aktiviteter samt klimaforandringerne udgør store udfordringer for en bæredygtig udvikling og har påvirket liv og levebrød for millioner af mennesker i kampen mod fattigdom.

For at fremstille 1000 ton Uniprotein® om året skal der bruges ca. 3000 m2 industrijord, hvor man i sojabønneproduktion skal bruge ca. 851.300 m2 for at producere samme mængde (Christine Dasanayake).

Derfor har Uniprotein®-produktet potentiale til at reducere skovrydningen forårsaget af den aktuelle produktion og efterspørgsel af sojamel (se figur 2).

Figur 2. For at fremstille 1000 ton Uniprotein® om året skal der bruges ca. 3000 m2 industrijord sammenlignet med sojabønneproduktion, hvor man skal bruge ca. 851.300 m2 for at producere samme mængde. 

Projekter og fremtiden

Unibio deltager i mange forskelligartede udviklingsprojekter, der medfinansieres af både EU-kommissionen under Horizon 2020, fx ValueWaste og den danske stat under miljøstyrelsen med projektet i GUDP-regi, og som inkluderer samarbejde med førende private aktører inden for dyrefoder og offentlige forskningsinstitutioner.

Meget få virksomheder arbejder inden for dette felt, der inkluderer kombinationen af gas-til-væske-fermentering og kulstofspisende bakterier, og Unibio befinder sig i en nøgleposition til at blive en af de største aktører.