Prąd i leki z odpadów. Polscy chemicy zaprzęgają światło do przerabiania biomasy

Odpady z produkcji papieru czy przemysłu spożywczego mogą stać się surowcem do wytwarzania związków wykorzystywanych m.in. w farmacji i kosmetyce — informuje agencja Newseria. Naukowcy z Instytutu Chemii Organicznej PAN pracują nad technologią, która do przetwarzania biomasy wykorzystuje światło i procesy elektrochemiczne, a docelowo ma pozwolić jednocześnie wytwarzać energię elektryczną i związki organiczne bez użycia ropy naftowej. Zespół przeprowadził już pierwsze eksperymenty na prostych związkach; następna w kolejce jest lignina — odpad, którego świat produkuje około 70 mln ton rocznie, a wykorzystuje z wyższą wartością mniej niż 2 proc.

Jak fotowoltaika, ale z chemiczną premią

Projekt opiera się na podejściu fotoelektrochemicznym — pokrewnym temu, które napędza panele słoneczne, ale z dodatkowym efektem.

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. 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, kierownik zespołu w Instytucie Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk.

Wyzwaniem jest opracowanie metod, które pozwolą efektywnie przekształcać biomasę w związki o wyższej wartości. Zgodnie z założeniami projektu wykorzystanie energii światła ma umożliwić prowadzenie reakcji 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 badaczka.

Następny cel: lignina

Zespół pracuje nad projektem od około półtora roku — badania ruszyły w październiku 2024 r. i mają potrwać do końca września 2028 r. Celem jest system pozwalający sterować przebiegiem reakcji i uzyskiwać z biomasy określone związki 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 dr Rybicka-Jasińska.

Wybór celu nie jest przypadkowy. Lignina to jeden z głównych składników biomasy roślinnej, powstający masowo 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 proc. trafia do produktów o wyższej wartości dodanej — większość jest po prostu spalana jako źródło energii w papierniach. Skalę zaplecza surowcowego pokazują dane Konfederacji Europejskiego Przemysłu Papierniczego (CEPI): europejski przemysł papierniczy wyprodukował w 2025 r. 77,4 mln t papieru i tektury, o 1,6 proc. mniej r/r. Nad fotoelektrochemicznym przetwarzaniem ligniny pracują też inne zespoły — w pracy opublikowanej w 2026 r. w „EcoMat” opisano układ do bezpośredniego utleniania ligniny Krafta, który działał stabilnie przez 28 godzin, a 80,6 proc. całkowitego prądu służyło jej utlenianiu.

Chemia bez baryłki

Stawka wykracza poza laboratorium. Przemysł jest jednym z głównych odbiorców ropy naftowej na świecie — jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna w analizie z 2026 r., odpowiada za ok. 20 proc. światowego zapotrzebowania na surowiec, a około dwie trzecie ropy zużywanej przez ten sektor służy jako wsad dla przemysłu chemicznego.

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 produkować również użyteczne związki, które nie będą pochodzić z ropy naftowej

— tłumaczy kierownik zespołu. Jak dodaje, celem jest to, by związki potrzebne na co dzień w kosmetykach czy lekach powstawały w sposób bardziej ekologiczny i taniej, dzięki mniejszemu zapotrzebowaniu na energię.

Technologia pozostaje na etapie badań. Autorzy przeglądu opublikowanego w sierpniu 2026 r. w „Bioresource Technology” wskazują, że głównymi wyzwaniami są przejście od prostych związków modelowych do rzeczywistych surowców z biomasy, trwałość katalizatorów, skalowanie reaktorów oraz rozdzielanie otrzymywanych produktów. Projekt „Fotoelektrochemiczna konwersja biomasy – krok w kierunku zrównoważonej syntezy związków chemicznych” jest realizowany w ramach działania FIRST TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej i otrzymał 3,55 mln zł dofinansowania z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki. Jeśli laboratoryjne obiecanki przetrwają zderzenie ze skalą przemysłową, polska nauka może dołożyć cegiełkę do rozwiązania problemu, na którym zależy całej Europie: jak produkować chemię codziennego użytku bez baryłki ropy w tle — i jeszcze zarabiać na tym, co dziś ląduje w piecu.

Źródło: Newseria