Przełomowy projekt polskich chemików: odpady przetwarzane za pomocą światła

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. Zespół przeprowadził 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. Stosuje się je np. w fotowoltaice, gdzie panele produkują prąd elektryczny. W naszym projekcie 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 – mówi agencji Newseria dr Katarzyna Rybicka-Jasińska, kierowniczka zespołu w Instytucie Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk.

Postawili na fotoelektrochemię

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.

– 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. W ten sposób możemy poddać utlenieniu lub redukcji nasz materiał, czy to małe związki, monomery, czy też dużo większe – wyjaśnia dr Rybicka-Jasińska.

Zespół pracuje nad projektem od ok. 1,5 roku. Badania rozpoczęły się w październiku 2024 r. i zgodnie z harmonogramem mają potrwać do końca września 2028 r. Badacze chcą opracować system, który pozwoli sterować przebiegiem reakcji i uzyskiwać z biomasy określone związki chemiczne o potencjalnym zastosowaniu przemysłowym.

– Na razie jesteśmy na początkowym, ale już dosyć zaawansowanym etapie. Udało nam się 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.

Technologia z ogromnym potencjałem

Lignina jest jednym z głównych składników biomasy roślinnej i powstaje w dużych ilościach m.in. jako produkt uboczny przemysłu celulozowo-papierniczego. Według przeglądu badań opublikowanego w „Sustainable Chemistry for the Environment” światowa produkcja ligniny wynosi ok. 70 mln t rocznie, ale mniej niż 2% wykorzystuje się do wytwarzania produktów o wyższej wartości dodanej. Większość służy jako źródło energii w zakładach celulozowo-papierniczych. Według danych Konfederacji Europejskiego Przemysłu Papierniczego europejski przemysł papierniczy wyprodukował w 2025 r. 77,4 mln t papieru i tektury, o 1,6% mniej niż rok wcześniej.

Możliwości fotoelektrochemicznego przetwarzania ligniny są już badane przez inne zespoły. W pracy opublikowanej w 2026 r. w „EcoMat” opisano układ do bezpośredniego utleniania ligniny Krafta, który pracował stabilnie przez 28 godzin, a 80,6% całkowitego prądu było wykorzystywane do jej utleniania.

– Fotoelektrochemiczna konwersja biomasy ma ogromny potencjał. To technologia szeroko wykorzystywana do produkcji prądu. Chcielibyśmy do tego dodać jeszcze kolejny atut, czyli przy okazji produkować również użyteczne związki, które nie będą pochodzić z ropy naftowej – tłumaczy dr Katarzyna Rybicka-Jasińska.

Ma być bardziej ekologicznie i taniej

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 w analizie opublikowanej w 2026 r., przemysł odpowiada za ok. 20% 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 i tańszy sposób, dlatego że będzie mniejsze zapotrzebowanie na energię – podkreśla badaczka.

Technologia jest jednak nadal na etapie badań. Autorzy przeglądu opublikowanego w sierpniu 2026 r. w „Bioresource Technology” wskazują, że do głównych wyzwań należą: przejście od prostych związków modelowych do rzeczywistych surowców pochodzących z biomasy, trwałość katalizatorów, skalowanie reaktorów oraz rozdzielanie otrzymywanych produktów.

Źródło: Newseria

Czytaj także: Czy światło emitowane przez organizmy żywe może napędzać fotokatalityczną produkcję zielonego wodoru?