Kompleksowy przewodnik

Od zarania cywilizacji ludzie wykorzystywali materiały pochodzące z natury – drewno do budowy schronień, oleje roślinne i zwierzęce do oświetlania i gotowania, włókna (len, bawełnę, wełnę) do wyrobu ubrań, a zioła i minerały do leczenia. Aż do epoki przemysłowej to biosurowce były podstawą produkcji narzędzi, energię czerpano ze spalania drewna i słomy, a pojazdy napędzano paszą dla koni. Dopiero rozwój wielkiego przemysłu w XIX i XX wieku przyniósł masowe przejście na surowce kopalne – węgiel, ropę naftową, gaz ziemny, rudy metali i tworzywa sztuczne wytwarzane z ropy. Dzięki temu ludzkość zyskała materiały o niespotykanych wcześniej właściwościach, ale kosztem rosnącej degradacji środowiska i wyczerpywania zasobów nieodnawialnych. Współcześnie obserwujemy powrót do korzeni – coraz większy nacisk kładzie się na pozyskiwanie surowców z odnawialnych źródeł i redukcję zużycia tworzyw oraz paliw kopalnych. Tutaj właśnie istotną rolę odgrywają biosurowce.

Czym są biosurowce?

Biosurowce to wszelkie materiały pochodzenia biologicznego, które mogą być wykorzystane jako surowce do produkcji różnych dóbr, energii czy materiałów. W odróżnieniu od tradycyjnych surowców kopalnych (takich jak ropa naftowa, węgiel czy gaz ziemny), biosurowce pochodzą z odnawialnych źródeł – najczęściej z roślin, zwierząt, mikroorganizmów lub odpadów organicznych. Oznacza to, że mogą się odnawiać w stosunkowo krótkim czasie (w porównaniu do milionów lat potrzebnych na powstanie ropy czy węgla), a ich wykorzystanie wpisuje się w idee zrównoważonego rozwoju oraz gospodarki o obiegu zamkniętym.

Istotą biosurowców jest ich naturalne pochodzenie i często zdolność do biodegradacji. Większość z nich ulega rozkładowi przez mikroorganizmy, co zmniejsza problem odpadów i zanieczyszczenia środowiska. Przykładowo, opakowania wykonane z biosurowców (np. z kukurydzy czy trzciny cukrowej) mogą rozpaść się w kompostowni, zamiast zalegać przez dziesięciolecia na wysypiskach. Jednak nie wszystkie biosurowce są biodegradowalne – niektóre surowce roślinne mogą być przetworzone na materiały identyczne z tradycyjnymi tworzywami (jak polietylen z trzciny cukrowej), które choć pochodzą z roślin, zachowują taką samą strukturę jak zwykły plastik i wymagają recyklingu.

Biosurowce obejmują bardzo szeroki wachlarz substancji i materiałów. Mogą to być zarówno całe części roślin (np. drewno, słoma, liście), produkty roślinne (jak oleje roślinne, skrobia, cukry), materiały odzwierzęce (wełna, tłuszcze zwierzęce, skóry), jak i substancje wytwarzane przez mikroorganizmy (np. etanol, biogaz, biopolimery). Ważnym źródłem biosurowców są też odpady organiczne powstające w rolnictwie, przemyśle spożywczym czy w naszych domach (resztki żywności, odpady zielone, obornik itp.) – zamiast je utylizować, można je przetworzyć na wartościowe produkty, takie jak kompost, biogaz czy paliwa.

Podział biosurowców ze względu na pochodzenie

Biosurowce można pogrupować według różnych kryteriów. Jednym z podstawowych sposobów klasyfikacji jest pochodzenie surowca. W tym ujęciu wyróżnia się:

Biosurowce pochodzenia roślinnego

Największą grupę biosurowców stanowią surowce uzyskiwane z roślin. Zarówno rośliny uprawne, jak i dziko rosnące mogą dostarczać materiałów użytecznych w różnych gałęziach przemysłu. Do tej kategorii należą m.in.:

Drewno i materiały drzewne (np. tarcica, włókna drzewne, kora) – podstawowy biosurowiec o wszechstronnym zastosowaniu (budownictwo, papiernictwo, energia).
Produkty rolne i leśne: słoma, siano, trociny, liście, łupiny orzechów, pestki owoców itp. – często stanowiące odpady rolnicze lub leśne, które można przetworzyć (np. spalić w celach energetycznych lub przerobić na pellety, brykiety, kompost).
Rośliny energetyczne uprawiane specjalnie jako surowiec – np. wierzba energetyczna, miskant olbrzymi, różnego rodzaju trawy i szybko rosnące drzewa, które są świadomie sadzone w celu pozyskania biomasy na dużą skalę.
Surowce skrobiowe i cukrowe: rośliny bogate w skrobię (kukurydza, ziemniaki) lub cukry (trzcina cukrowa, buraki cukrowe) – służące do produkcji bioetanolu, bioplastików (np. PLA z kukurydzy) czy innych biochemikaliów.
Rośliny oleiste: rzepak, słonecznik, soja, palma oleista i in. – z ich nasion lub owoców pozyskuje się oleje roślinne, które mogą być wykorzystywane do produkcji biopaliw (np. biodiesla), smarów, biotworzyw (np. niektóre biopolimery powstają z olejów roślinnych) oraz w przemyśle spożywczym i kosmetycznym.
Rośliny włókniste: bawełna, len, konopie, juta, bambus, agawa i inne – dostarczają włókien naturalnych do produkcji tekstyliów, tkanin technicznych, lin, papieru czy ekologicznych kompozytów. W ostatnich latach popularność zyskują też materiały oparte na mniej oczywistych włóknach, np. kokosowe włókno (kokos), włókna bananowca czy ananasa (wykorzystywane m.in. do produkcji wegańskiej „skóry”).
Rośliny gumodajne i lateksowe: kauczukowiec (hevea) dostarcza naturalnego kauczuku wykorzystywanego do produkcji gumy (np. opony), a inne rośliny mogą dostarczać żywic lub lateksu używanych w różnych gałęziach przemysłu.
Surowce drzewne i celulozowe: celuloza pozyskiwana z drewna lub roślin jednorocznych (jak len, konopie, bambus) jest podstawą produkcji papieru, tektury, a także nowych biotworzyw (np. bioplastiku na bazie celulozy). Z kolei lignina (towarzysząca celulozie w drewnie) znajduje zastosowanie jako spoiwo czy źródło energii.
Produkty uboczne przetwórstwa: otręby zbożowe, wytłoki owocowe, pulpa po wyrobie soków – choć często traktowane jako odpady, mogą posłużyć jako cenny biosurowiec. Przykładowo otręby pszenne sprasowane pod wysokim ciśnieniem służą do produkcji biodegradowalnych talerzy jednorazowych, a wytłoki jabłkowe mogą być komponentem pasz lub tworzyw kompozytowych.

Biosurowce roślinne mają tę zaletę, że często mogą być uprawiane celowo w dużej ilości. Stanowią one podstawę biomasy na świecie. Jednak wyzwaniem jest zrównoważone gospodarowanie gruntami – nadmierne przeznaczanie ziemi uprawnej pod biopaliwo czy bioplastiki może konkurować z produkcją żywności, dlatego rozwija się też wykorzystanie odpadów i roślin niekonsumpcyjnych.

Biosurowce pochodzenia zwierzęcego

Biosurowce pozyskiwane od zwierząt obejmują zarówno produkty uboczne hodowli, jak i materiały wytwarzane bezpośrednio z ciał lub wydzielin zwierząt. Choć współcześnie coraz częściej szuka się roślinnych zamienników dla materiałów odzwierzęcych, nadal odgrywają one istotną rolę w wielu branżach. Przykłady biosurowców zwierzęcych to:

Skóry i futra – wykorzystywane do produkcji skórzanej odzieży, obuwia, galanterii, a futra w branży mody (choć ze względów etycznych i ekologicznych odchodzi się od nich na rzecz materiałów sztucznych lub roślinnych odpowiedników).
Wełna i inne włókna zwierzęce – wełna owcza, kaszmir (kozi), moher, alpaka, angora, jedwab (z kokonu jedwabnika) – służą do wyrobu tkanin i dzianin o wysokiej jakości. Naturalne włókna zwierzęce są cenione za właściwości termoizolacyjne i wygodę, choć ich produkcja jest często droższa niż materiałów syntetycznych.
Substancje odzwierzęce jako surowce chemiczne – np. tłuszcze zwierzęce (łój wołowy, smalec) używane bywały tradycyjnie do produkcji mydeł i świec, a współcześnie mogą być przetwarzane na biodiesel lub inne oleochemikalia. Również inne składniki jak kości (przerabiane na mączkę kostną stosowaną jako nawóz) czy krew zwierzęca (wykorzystywana w niektórych gałęziach przemysłu spożywczego i paszowego) zaliczają się do biosurowców.
Produkty odzwierzęce w żywności – oczywistymi surowcami są tu mleko, jaja czy miód, które są bazą niezliczonych produktów spożywczych. Choć nie zawsze myślimy o nich w kontekście „biosurowców”, są to przecież naturalne surowce odzwierzęce.
Owady jako biosurowiec: Hodowane na masową skalę owady (np. larwy chrząszczy (np. mącznika młynarka), świerszcze czy muchy Hermetia illucens) stają się nowym źródłem białka i tłuszczu. Mączka uzyskana z owadów jest używana jako wysokobiałkowa pasza dla drobiu, ryb hodowlanych czy zwierząt domowych, stanowiąc alternatywę dla tradycyjnej mączki rybnej. Coraz częściej mówi się też o owadach jako źródle żywności dla ludzi – już teraz powstają batony i przekąski z dodatkiem mączki ze świerszczy lub suszonych larw, bogate w białko. Owady mogą również pomagać w gospodarce odpadami organicznymi: larwy konsumpcyjne są w stanie szybko przerobić bioodpady na własną biomasę, która następnie może być przetworzona na paszę lub biopaliwo.
Wydzieliny i inne materiały: chityna i chitozan (pozyskiwane z pancerzyków krewetek czy owadów) służą do produkcji biodegradowalnych folii czy jako dodatek do gleb. Jedwabniki wytwarzają jedwab, pszczoły dają wosk pszczeli (stosowany np. w kosmetyce i farmacji), a skorupki jaj czy muszle morskie mogą być źródłem węglanu wapnia.

Biosurowce zwierzęce często pochodzą z odpadów lub produktów ubocznych (np. skóry są odpadem przemysłu mięsnego, a wełnę pozyskuje się przy strzyżeniu owiec hodowanych dla mięsa i mleka). Wykorzystanie ich sprzyja pełniejszemu zagospodarowaniu tego, co dostarczają nam hodowle, choć ważne jest, aby odbywało się to w sposób etyczny i zrównoważony.

Biosurowce pochodzenia mikrobiologicznego

Do tej kategorii należą surowce, których źródłem są mikroorganizmy – bakterie, grzyby, glony (algi) i inne jednokomórkowe formy życia. Choć często niewidoczne gołym okiem, drobnoustroje mogą być prawdziwymi „minifabrykami” produkującymi cenne substancje lub same stanowić biomasa do wykorzystania. Kilka przykładów biosurowców mikrobiologicznych:

Mikroalgi (np. spirulina, chlorella) – hodowane na masową skalę mogą służyć jako źródło białka (suplementy diety, pasze dla zwierząt), kwasów tłuszczowych omega-3, a także być przerabiane na biopaliwa (niektóre algi produkują dużo olejów możliwych do przetworzenia na biodiesel). Algi mogą też posłużyć do produkcji bioplastików lub oczyszczania ścieków, więc stanowią bardzo wszechstronny biosurowiec.
Bakterie produkujące biopolimery – pewne szczepy bakterii potrafią syntezować poliestry znane jako PHA (polihydroksyalkanoaty). Te biodegradowalne tworzywa sztuczne mogą zastąpić tradycyjne plastiki w wielu zastosowaniach, a hodowla bakterii (np. na melasie, odpadowych olejach czy innych pożywkach) dostarcza surowca do wytworzenia granulek PHA.
Drożdże i bakterie fermentacyjne – drożdże, takie jak Saccharomyces cerevisiae, od wieków służą ludziom do produkcji piwa, wina, chleba – czyli do wytwarzania etanolu i CO2 w procesie fermentacji. Dziś fermentację na skalę przemysłową wykorzystuje się także do produkcji bioetanolu jako biopaliwa. Bakterie fermentujące (np. z rodzaju Clostridium czy Zymomonas) są używane w wytwarzaniu paliw, ale też fermentowanych produktów spożywczych (kiszonki, jogurty – tam akurat wartościowy jest produkt spożywczy, nie sama biomasa bakterii).
Grzyby strzępkowe (pleśnie) – na nich opiera się produkcja wielu antybiotyków (np. penicylina z Penicillium), kwasu cytrynowego (Aspergillus niger) i innych substancji stosowanych w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Masa komórkowa grzybów może też być wykorzystana jako pasza (np. tzw. single cell protein) lub do produkcji biomateriałów (np. mycelium – grzybnia – służy do wyrobu biodegradowalnych opakowań, składników konstrukcyjnych, a nawet alternatyw dla skóry).
Enzymy i bioaktywne składniki – mikroorganizmy są źródłem enzymów ułatwiających wiele procesów przemysłowych (np. proteazy i lipazy w detergentach są wytwarzane przez bakterie) czy witamin i aminokwasów dodawanych do pasz i żywności.

W skali przemysłowej biosurowce mikrobiologiczne są już realią: działają biotechnologiczne fabryki, w których w wielkich fermentorach drobnoustroje produkują aminokwasy (do pasz i żywności), kwasy organiczne (np. cytrynowy do napojów), witaminy (np. C, B2) czy enzymy wykorzystywane powszechnie w różnych branżach. Postęp w inżynierii genetycznej sprawia, że możemy programować mikroby do syntezy coraz bardziej złożonych związków – od biopaliw po leki – co poszerza katalog potencjalnych biosurowców mikrobiologicznych.

Biosurowce mikrobiologiczne często wymagają zaawansowanych biotechnologii do ich produkcji (fermentory, bioreaktory), ale pozwalają na wytwarzanie substancji, których trudno byłoby pozyskać z roślin czy zwierząt w tradycyjny sposób.

Biosurowce z odpadów organicznych

Osobną, niezwykle ważną grupą biosurowców są materiały powstające jako odpady organiczne. W duchu gospodarki cyrkularnej coraz większy nacisk kładzie się na to, by resztki organiczne traktować nie jako śmieci, lecz jako pełnowartościowe surowce do ponownego wykorzystania. Ta kategoria w dużej mierze pokrywa się z wcześniej wymienionymi roślinnymi i zwierzęcymi biosurowcami, ale warto podkreślić rolę odpadów:

Bioodpady komunalne – resztki żywności, obierki warzyw i owoców, fusy z kawy i herbaty, zwiędłe kwiaty, skoszona trawa, liście z ogrodów, gałęzie z przycinek drzew. Te wszystkie materiały mogą być zbierane selektywnie i kompostowane, dając nawóz (kompost) zamiast trafiać na składowisko. Mogą też być wykorzystywane w biogazowniach do produkcji biogazu i pofermentu (masy pofermentacyjnej, która również jest nawozem).
Odpady z przemysłu spożywczego i rolnictwa – wytłoki, wycierki, pulpa owocowa po wyciskaniu soków, wywar gorzelniany, serwatka z mleka, łuski zbożowe, odpady poubojowe – praktycznie każda gałąź produkcji żywności generuje materiał organiczny, który można ponownie spożytkować. Na przykład, serwatka (odpad przy produkcji sera) jest surowcem do produkcji laktozy i koncentratów białek serwatkowych (stosowanych w suplementach diety). Wytłoki z owoców mogą posłużyć do produkcji pektyn lub jako komponent pasz. Słoma i resztki pożniwne mogą zostać zebrane i spalone w elektrowniach biomasowych albo przekompostowane.
Odpady drzewne i zielone – trociny, zrębki, kora drzewna, a nawet zużyty papier czy tektura – to wszystko może być ponownie wykorzystane jako surowiec. Trociny i zrębki służą do produkcji peletu, płyt włóknistych i wiórowych, kora może zostać przerobiona na substrat do upraw (np. podłoże do hodowli pieczarek) lub ściółkę. Zużyty papier można recyklingować na nowy papier, a część papierowych odpadów da się nawet kompostować (np. niebarwiony karton, gazety).
Osady ściekowe i odpady z oczyszczalni ścieków – tzw. osad pościekowy, bogaty w materię organiczną, po odpowiednim przetworzeniu (np. kompostowaniu z dodatkiem strukturujących lub higienizacji) może być użyty jako nawóz lub do rekultywacji terenów. Osad z oczyszczalni jest też często fermentowany beztlenowo w celu uzyskania biogazu.
Odpady zwierzęce (np. obornik, gnojowica) – odchody zwierzęce z gospodarstw rolnych to problematyczny odpad, ale i wartościowy surowiec. W biogazowni fermentacja obornika daje metan wykorzystywany do produkcji energii, a przefermentowana pulpa może być stosowana jako nawóz naturalny na pola.

Wykorzystanie odpadów jako biosurowca rozwiązuje dwa problemy jednocześnie: zmniejsza ilość śmieci trafiających na wysypiska i zmniejsza zapotrzebowanie na pierwotne surowce. Dlatego coraz więcej inicjatyw i przepisów prawnych zachęca do segregacji bioodpadów i ich lokalnego przetwarzania w obiegu zamkniętym.

Zastosowania biosurowców w różnych gałęziach przemysłu

Biosurowce znajdują zastosowanie w niemal każdej dziedzinie gospodarki. Poniżej przedstawiamy najważniejsze sektory, w których surowce pochodzenia biologicznego odgrywają rosnącą rolę:

Energetyka odnawialna – biopaliwa i bioenergia

Jednym z pierwszych skojarzeń z biosurowcami są paliwa odnawialne. Biopaliwa to paliwa wytwarzane z materiałów biologicznych, stanowiące alternatywę dla paliw kopalnych. W energetyce wykorzystuje się kilka głównych rodzajów biosurowców:

Biomasa stała: drewno (polana, zrębki, pellet drzewny), słoma sprasowana w bele lub brykiety, pestki i łupiny (np. pestki oliwek, łupiny orzechów kokosowych), włókna roślinne, odpady leśne. Spalanie biomasy stałej w kotłach dostarcza ciepło (np. do ogrzewania budynków) lub może produkować prąd w elektrowniach biomasowych. Współspalanie biomasy z węglem w elektrowniach pozwala zmniejszyć zużycie węgla i emisje CO2.
Biogaz: produkowany w procesie fermentacji beztlenowej z odpadów organicznych (np. gnojowica, odpady spożywcze, osady ściekowe). Biogaz składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla; można go spalać w kogeneratorach do produkcji prądu i ciepła lub oczyszczać do jakości biometanu i wtłaczać do sieci gazowej albo użyć jako paliwo do pojazdów.
Bioetanol: alkohol etylowy otrzymywany w drodze fermentacji cukrów przez drożdże. Surowcem mogą być bogate w cukier lub skrobię rośliny (trzcina cukrowa, buraki cukrowe, kukurydza, zboża). Bioetanol jest dodawany do benzyny (np. paliwo E10 zawiera 10% bioetanolu) lub używany samodzielnie jako paliwo (np. E85). Stanowi też podstawę paliwa do kominków bezdymnych i palników biokominkowych.
Biodiesel: estry metylowe kwasów tłuszczowych otrzymywane z olejów roślinnych (rzepakowego, sojowego, palmowego) lub olejów zużytych (np. posmażalniczych). Biodiesel można stosować jako domieszkę do oleju napędowego albo paliwo samo w sobie w silnikach Diesla. Ma niższą emisję cząstek stałych i dwutlenku węgla w cyklu życia w porównaniu z ropopochodnym ON, choć jego jakość zależy od czystości produkcji i rodzaju oleju.
Biowodór: wodór może być również wytwarzany z biomasy (np. przez zgazowanie biomasy stałej lub fermentację ciemną przez bakterie). Choć na dużą skalę wodór wciąż produkowany jest głównie z gazu ziemnego, biowodór stanowi ciekawą niszę, szczególnie w kontekście magazynowania energii i ogniw paliwowych.

Współcześnie biopaliwa są już częścią naszego życia – standardowa benzyna zawiera ok. 5–10% bioetanolu (E5, E10), a olej napędowy do 7% biokomponentu (B7) zgodnie z europejskimi normami. Biomasa stała jest szeroko stosowana do ogrzewania (wiele gospodarstw domowych używa drewna lub peletu w piecach), a elektrownie i ciepłownie częściowo przestawiają się na współspalanie biomasy zamiast węgla. Również biogaz staje się istotnym źródłem energii – w wielu krajach (np. Niemcy) działają tysiące biogazowni rolniczych, a w Polsce sektor ten rozwija się, by wykorzystać potencjał odpadów z gospodarstw rolnych i spożywczych.

Energetyczne wykorzystanie biosurowców jest bardzo ważne dla rozwoju odnawialnej energetyki. Pozwala zredukować zależność od paliw kopalnych i ograniczyć emisję gazów cieplarnianych. Ważne jest jednak, by rozwój biopaliw był prowadzony odpowiedzialnie – np. uprawy na bioetanol czy biodiesel nie powinny wypierać lasów czy produkcji żywności. Dlatego coraz większe znaczenie mają biopaliwa drugiej generacji (produkowane z odpadów, słomy, zużytego oleju) i trzeciej generacji (np. z alg) zamiast pierwszej generacji (z upraw spożywczych).

Biotworzywa i biomateriały

Kolejną ważną dziedziną są materiały i tworzywa wytwarzane z biosurowców. Tradycyjnie przemysł tworzyw sztucznych opierał się na ropie naftowej, ale obecnie coraz więcej tworzyw biodegradowalnych i biopochodnych wchodzi na rynek:

Bioplastiki: Obejmują szeroką gamę tworzyw. Przykładem jest PLA (polilaktyd) otrzymywany z cukrów (np. fermentacji skrobi kukurydzianej). Jest biodegradowalny i kompostowalny, stosowany do produkcji opakowań, naczyń jednorazowych, w drukarkach 3D. Inny przykład to PHA, o którym wspomniano wcześniej – produkowany przez bakterie, ulega biodegradacji w środowisku morskim. Mamy też tworzywa jak PBS, PBAT, PEF – również częściowo lub całkowicie biopochodne i często biodegradowalne, stanowiące alternatywy dla tradycyjnych plastików.
Tworzywa biopochodne niekoniecznie biodegradowalne: Przykładem jest bio-PE (polietylen z trzciny cukrowej) – chemicznie identyczny ze zwykłym polietylenem, ale surowiec do syntezy etylenu (etanol) pochodzi z roślin, nie z ropy. Podobnie można produkować bio-PVC czy bio-PET (np. butelki częściowo biopochodne). Te tworzywa zachowują trwałość i właściwości oryginału, ale ich ślad węglowy może być niższy.
Kompozyty z włóknami naturalnymi: Zarówno biodegradowalne tworzywa (np. PLA) jak i konwencjonalne polimery mogą być wzmacniane włóknami roślinnymi (len, konopie, drewno, bambus). Powstają w ten sposób materiały o niższej masie i bardziej ekologicznym charakterze – przykładowo biokompozyty stosowane są w motoryzacji (elementy deski rozdzielczej z dodatkiem włókien lnu czy sizalu), elektronice użytkowej (obudowy z dodatkiem bambusa, celulozy) czy budownictwie.
Tekstylia ekologiczne: W branży odzieżowej pojawiają się nowe materiały jak tkaniny z lyocellu (włókno celulozowe z miazgi drzewnej), materiał Piñatex z liści ananasa (imitacja skóry), materiały z grzybni (dla galanterii). To przykłady biomateriałów, które mają zastąpić mniej zrównoważone odpowiedniki.
Biomateriały w medycynie: Surowce biologiczne są też wykorzystywane do wytwarzania implantów, opatrunków, protez. Kolagen (pozyskiwany m.in. ze skór zwierzęcych lub rybich) służy do produkcji wchłanialnych nici chirurgicznych i implantów. Koralowiec i kości zwierzęce dają materiał na implanty kostne. Chitozan (z chityny skorupiaków) jest biodegradowalnym opatrunkiem przyspieszającym gojenie. W przyszłości nawet organy do transplantacji będą wytwarzane dzięki bioprintingowi w oparciu o biomateriały i komórki.

W odpowiedzi na problem odpadów plastikowych także regulatorzy i przemysł reagują: Unia Europejska wprowadziła zakaz niektórych jednorazowych wyrobów z plastiku (słomki, sztućce, talerzyki), co napędza popyt na biodegradowalne zamienniki. Znane koncerny testują opakowania z biotworzyw – pojawiają się butelki do napojów częściowo wykonane z bio-PET, folie na bazie celulozy do pakowania żywności czy reklamówki kompostowalne, które po użyciu rozkładają się jak odpad zielony. Nawet w branży elektroniki pojawiają się akcesoria z obudowami z bioplastiku (np. myszy komputerowe z dodatkiem słomy, etui telefonów z biopolimerów), co pokazuje, że biotworzywa mogą znaleźć zastosowanie wszędzie.

Biomateriały i biotworzywa pozwalają ograniczyć zależność od tworzyw sztucznych z ropy oraz zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska tworzywami jednorazowego użytku. Konsumenci są coraz bardziej świadomi i poszukują produktów opartych na biosurowcach, wymuszając zmiany na rynku opakowań, artykułów higienicznych czy gadżetów.

Przemysł spożywczy i rolnictwo

Sektor żywności to obszar, w którym biosurowce są bazą z definicji – wszak niemal cała żywność pochodzi z roślin lub zwierząt. Ale warto zwrócić uwagę na pewne trendy i innowacje związane z biosurowcami w tym obszarze:

Roślinne źródła białka: Coraz większy nacisk kładzie się na alternatywy dla mięsa. Białka roślinne z soi, grochu, bobu, ciecierzycy czy nasion konopi są wykorzystywane do produkcji roślinnych zamienników mięsa (burgery, parówki, kotlety) oraz odżywek białkowych. To biosurowce, które pomagają stworzyć produkty o niższym śladzie środowiskowym niż hodowla zwierząt.
Probiotyki i prebiotyki: Kultury bakterii mlekowych (np. Lactobacillus) dodawane do żywności funkcjonalnej czy suplementów diety, a także prebiotyki (np. fruktooligosacharydy, inulina pozyskiwana z cykorii) to przykłady biosurowców poprawiających prozdrowotność żywności. Hodowla bakteryjna umożliwia produkcję tych dodatków na skalę przemysłową.
Naturalne dodatki do żywności: Barwniki, aromaty, substancje konserwujące coraz częściej są pozyskiwane z naturalnych źródeł. Przykładowo czerwony barwnik koszenila (karmin) otrzymuje się z owadów (choć jest kontrowersyjny, więc szuka się alternatyw), barwnik zielony z lucerny, żółty z kurkumy lub aksamitki, przeciwutleniacze jak witamina E pozyskiwana z olejów roślinnych czy kwas cytrynowy fermentacyjnie z pleśni. Wszystko to to biosurowce dla przemysłu spożywczego, które zastępują syntetyczne dodatki.
Opakowania spożywcze z biosurowców: Jadalne i biodegradowalne opakowania robią się coraz popularniejsze. Na rynek trafiają folie spożywcze na bazie skrobi, talerze otrębowe (z otrąb pszennych prasowanych w wysokiej temperaturze), słomki z makaronu czy trzciny, kubki i sztućce z pulpy roślinnej. Dzięki temu ogranicza się ilość plastiku w kontakcie z żywnością.
Rolnictwo ekologiczne i biopreparaty: W rolnictwie także używa się biosurowców w postaci biopreparatów. Biopestycydy (np. bakterie Bacillus thuringiensis jako „oprysk” na gąsienice), biofungicydy (grzyby antagonistyczne zapobiegające chorobom roślin), naturalne nawozy organiczne (kompost, obornik granulowany, gnojówki roślinne) – to wszystko surowce i produkty biologiczne, które zastępują chemiczne nawozy i środki ochrony roślin.

Dzięki wykorzystaniu różnych biosurowców w sektorze spożywczym, możemy produkować żywność bardziej naturalną, zdrowszą i mniej obciążającą planetę. Wyzwanie stanowi wydajność i cena niektórych naturalnych rozwiązań, ale rosnący popyt konsumentów sprzyja innowacjom w tej dziedzinie.

Przemysł kosmetyczny i farmaceutyczny

Również w produktach kosmetycznych i lekach coraz więcej składników ma pochodzenie naturalne. Niektóre przykłady:

Oleje i masła roślinne: olej arganowy, kokosowy, masło shea, masło kakaowe, olej migdałowy – to wszystko biosurowce stanowiące bazę kremów, balsamów, odżywek do włosów. Mają właściwości nawilżające i odżywcze cenione w kosmetologii.
Wyciągi ziołowe i substancje aktywne: Aloes, rumianek, nagietek, zielona herbata, lawenda – ekstrakty z tych roślin dostarczają składników łagodzących, przeciwzapalnych czy antyoksydacyjnych do kosmetyków. Kwas hialuronowy można pozyskać fermentacyjnie (bakterie), kolagen ze skór ryb, a retinol (witamina A) z oleju palmowego czy marchewki (beta-karoten jako prowitamina A).
Naturalne substancje zapachowe: Olejki eteryczne (np. lawendowy, z drzewa herbacianego, z róży), żywice (kadzidło, mirra) czy absoluty kwiatowe służą jako naturalne substancje zapachowe w perfumach i kosmetykach, stanowiąc biosurowiec alternatywny dla syntetycznych kompozycji zapachowych.
Surowce do produkcji leków: Wiele leków pierwotnie wywodzi się z natury. Morfina z maku lekarskiego, aspiryna z kory wierzby (dziś produkowana syntetycznie, ale pierwowzór był naturalny), antybiotyki z pleśni, digoksyna z naparstnicy, winkrystyna z barwinka różowego – przykłady można mnożyć. Obecnie substancje czynne do leków często wytwarza się biotechnologicznie: np. insulina kiedyś z trzustek zwierzęcych, dziś produkowana przez zmodyfikowane bakterie; heparyna (lek przeciwzakrzepowy) wciąż jest pozyskiwana z błon śluzowych świń, choć są też próby wytwarzania syntetycznego.
Biopolimery w farmacji: Kapsułki leków czy suplementów często powstają z żelatyny (odzwierzęca) lub roślinnej celulozy. Substancje pomocnicze jak skrobia ziemniaczana, celuloza mikrokrystaliczna, agar (z glonów) – to wszystko biosurowce wykorzystywane do formowania tabletek, żeli, emulsji.

Warto wspomnieć, że tradycyjne zioła i surowce zielarskie nie tracą znaczenia – wręcz przeciwnie, moda na naturalne terapie i suplementy sprawia, że przemysł farmaceutyczny i kosmetyczny sięga po standaryzowane ekstrakty z roślin. Surowce takie jak mięta pieprzowa, rumianek, dziurawiec, ostropest plamisty czy nagietek są uprawiane na skalę przemysłową, by pozyskiwać z nich olejki eteryczne, flawonoidy, sylimarynę i inne substancje czynne. Następnie stają się one bazą leków ziołowych, maści, kremów czy suplementów diety o udowodnionym działaniu. Rośliny jak konopie siewne dostarczają CBD stosowanego w produktach relaksacyjnych i leczniczych, z kory wierzby otrzymuje się prekursor aspiryny (salicylany), a z jeżówki purpurowej – składniki wspomagające odporność. Wszystko to pokazuje, że bogactwo biologicznych surowców znajduje zastosowanie również w nowoczesnej medycynie.

Dla firm kosmetycznych i farmaceutycznych ważne jest pozyskiwanie surowców w sposób zrównoważony, bez nadmiernej eksploatacji przyrody. Stąd rozkwit certyfikatów jak EcoCert, Cosmos dla kosmetyków naturalnych oraz inwestycje w uprawy roślin zielarskich czy hodowlę zrównoważoną zwierząt dostarczających surowce (jak ślimaki wytwarzające śluz do kremów regenerujących).

Budownictwo i materiały budowlane

Branża budowlana również zwraca się ku biosurowcom, szukając bardziej ekologicznych materiałów konstrukcyjnych i izolacyjnych:

Drewno konstrukcyjne: drewno to klasyczny biosurowiec budowlany, używany od tysięcy lat. Współcześnie przeżywa renesans w postaci technologii CLT (drewno klejone krzyżowo) i całych wielopiętrowych budynków z drewna. Jest lekkie, wytrzymałe i wiąże dwutlenek węgla w swojej masie podczas wzrostu drzew.
Materiały izolacyjne: Włókna drzewne, wełna owcza, konopie, trzcina, celuloza (granulat z recyklingowanej makulatury) – to wszystko służy jako ekologiczne izolacje termiczne, zastępujące styropian czy wełnę mineralną. Izolacje z biosurowców często mają niższy ślad węglowy i są biodegradowalne po użyciu.
Materiały kompozytowe: Hempcrete (beton konopny) powstaje z paździerzy konopnych zmieszanych z wapnem – daje lekki, izolujący materiał budowlany do ścian. Podobnie ściany z kostek słomy tynkowanych gliną to tradycyjna, a zarazem nowoczesna metoda budowania ekologicznego. Pojawiają się też płyty i panele z prasowanej słomy, trzciny czy bambusa do wykończeń wnętrz.
Farby i materiały wykończeniowe: Dawniej farby tworzono z kazeiny (białka mleka) czy oleju lnianego – i te naturalne receptury wracają w farbach ekologicznych. Oleje i woski (np. olej tungowy, wosk pszczeli) służą do wykończenia powierzchni drewna. Linoleum, naturalny materiał podłogowy, powstaje z oleju lnianego, korka, żywicy sosnowej i juty – wszystko biosurowce.
Innowacje: Trwają prace nad „żywymi” materiałami budowlanymi – np. cegły z grzybni (mycelium) połączonej z odpadami rolniczymi, które rosną w formie klocków budowlanych. Również beton można uczynić bardziej eko, dodając do niego popioły drzewne czy biopolimery poprawiające właściwości, co zmniejsza ilość cementu (bardzo energochłonnego) w mieszance.

Także w Polsce trend budownictwa naturalnego powoli zyskuje zwolenników. Powstają pierwsze nowoczesne osiedla w konstrukcji drewnianej (np. kilkukondygnacyjne budynki z drewna modułowego w większych miastach), jak również następuje powrót do tradycyjnych metod: domy z bali, ściany ze słomy i gliny (tzw. technika strawbale) czy dachy kryte trzciną przeżywają renesans jako rozwiązania ekologiczne zapewniające zdrowy mikroklimat w pomieszczeniach. Choć udział takich budów jest jeszcze niewielki, rośnie świadomość, że materiały budowlane mogą pochodzić prosto z natury i jednocześnie spełniać wymagania nowoczesnego budownictwa.

Budownictwo z wykorzystaniem biosurowców pozwala obniżyć emisję CO2 budynków w cyklu życia, a także stworzyć zdrowsze mikrośrodowisko wewnątrz (naturalne materiały często „oddychają”, nie emitują toksyn). Dodatkowo wiele z nich można po zakończonym życiu budynku zwrócić do ekosystemu lub ponownie wykorzystać.

Branża tekstylna i odzieżowa

Moda i tekstylia także przechodzą zieloną transformację dzięki biosurowcom:

Naturalne tkaniny: bawełna, len, konopie, jedwab, wełna – to tradycyjne biosurowce włókiennicze. Obecnie rośnie zainteresowanie konopiami (wysoka wydajność i małe potrzeby wodne w porównaniu do bawełny) czy bambusem (rośnie szybko i można z niego pozyskać włókno w procesie podobnym do wiskozy).
Wiskoza i Lyocell: Choć wiskoza jest chemicznie przetwarzana, bazą do niej jest celuloza drzewna – zatem surowiec jest biopochodny. Nowsza generacja to lyocell (znany też jako Tencel) – włókno celulozowe produkowane bardziej ekologiczną metodą. Te materiały stanowią alternatywę dla poliestru.
Tkaniny z recyclingu i odpadowych biosurowców: Przykładem jest tkanina z przetworzonych liści ananasa (Piñatex) używana jak skóra, materiał z grzybni jako „skóra”, tkaniny z banana czy bambusa, a nawet projekty tworzące przędzę z mleka (kazeina mleczna była eksperymentalnie używana do tworzenia włókien).
Barwniki naturalne: W odpowiedzi na problem zanieczyszczenia wody syntetycznymi barwnikami, niektóre marki wracają do barwienia tkanin środkami roślinnymi (indygo z urzetu, barwniki z krokosza, hibiskusa czy kurkumy). To mniejsza skala, ale rosnąca ciekawostka w branży modowej.
Biodegradowalne materiały: Dążąc do „mody cyrkularnej”, poszukuje się materiałów, które po zużyciu ulegną rozkładowi. Stroje z bioplastiku PLA, dodatki modowe z grzybni, buty z wegańskiej skóry (np. z grzybni lub ananasa) – to nie tylko pokazowe prototypy, ale realne produkty.

Coraz więcej firm stawia także na recykling tekstyliów: zużyte bawełniane czy lniane tkaniny mogą zostać rozdrobnione i przerobione na materiały izolacyjne lub ponownie rozłożone do produkcji papieru i opakowań. Trwają prace nad technologiami chemicznego recyklingu włókien naturalnych (np. rozpuszczanie bawełny do uzyskania celulozy, z której następnie powstaje nowy lyocell). Dzięki temu surowce takie jak bawełna mogłyby krążyć w obiegu zamiast trafić na wysypisko.

Wykorzystanie biosurowców w modzie to odpowiedź na zarzuty wobec „fast fashion”. Produkcja bawełny organicznej, tkanin z recyclingu, odzież z certyfikatami eko to sposób na zmniejszenie śladu środowiskowego i zachęcenie konsumentów do świadomych wyborów.

Zalety i wyzwania wykorzystania biosurowców

Zalety biosurowców: Wykorzystanie surowców biologicznych niesie ze sobą wiele korzyści ekologicznych i społecznych. Przede wszystkim biosurowce są odnawialne, więc ich zasoby mogą być odnawiane w ludzkiej skali czasu. Ogranicza to ryzyko wyczerpania surowców, z jakim borykamy się w przypadku ropy czy rud metali. Produkcja i przetwarzanie biosurowców często wiąże się z niższą emisją gazów cieplarnianych – np. spalanie biomasy emituje CO2, ale jest on wcześniej wychwycony z atmosfery przez rośliny w procesie fotosyntezy (bilans może być bliski zeru, o ile pozyskiwanie biomasy jest zrównoważone). Dodatkowo biosurowce często są biodegradowalne, co oznacza mniej trwałych odpadów w środowisku. Kompostowalne opakowania czy materiały sprawiają, że po zużyciu mogą wrócić do obiegu naturalnego jako nawóz, zamiast zanieczyszczać morza i ziemię. Wykorzystanie biosurowców sprzyja także lokalnym gospodarkom – rolnicy i drobni producenci mogą dostarczać surowca do biogazowni, biorafinerii czy fabryk biotworzyw, co tworzy miejsca pracy poza wielkimi przemysłami petrochemicznymi. Zmniejsza się też uzależnienie od importu ropy czy gazu, ponieważ wiele państw (w tym Polska) dysponuje bogatymi zasobami biomasy. Wreszcie, rozwój biosurowców pobudza innowacyjność – nowe materiały i technologie (np. bioplastyki, biokompozyty, biopaliwo z alg) tworzą nowe gałęzie przemysłu i mobilizują naukę.

Wyzwania i ograniczenia: Mimo licznych zalet, są też pewne wady i trudności związane z przejściem na biosurowce. Po pierwsze wydajność – niektóre procesy biologiczne dostarczają surowców wolniej lub w mniejszej skali niż ich odpowiedniki petrochemiczne. Uprawy roślin na biopaliwo wymagają dużych obszarów ziemi, a plon energetyczny z hektara często jest niższy w porównaniu z energią uzyskaną z odwiertu ropy (choć ropa się wyczerpuje, a pole można obsiać co roku). Pojawia się też kwestia konkurencji z produkcją żywności – pola uprawne przeznaczone pod biopaliwa czy surowce przemysłowe mogłyby potencjalnie służyć do uprawy żywności, co budzi dylematy etyczne w świecie, gdzie nadal występuje głód. Kolejnym wyzwaniem jest stabilność i jakość surowca: materiały biologiczne bywają zmienne (zależne od pogody, sezonu, odmiany), co może utrudniać standaryzację produkcji. Koszty również grają rolę – często produkty bio są droższe niż masowo wytwarzane odpowiedniki z ropy, zwłaszcza gdy technologia jest nowa i nieosiągnięta została skala masowa obniżająca cenę. Infrastruktura przemysłowa jest dostosowana do surowców kopalnych, więc wymaga inwestycji, aby przerobić ją na przeróbkę biomasy (np. rafinerie biopaliw, zakłady recyklingu bio-tworzyw). Wreszcie, pojawia się kwestia zrównoważonego pozyskiwania – jeśli eksploatacja biosurowca nie będzie odpowiedzialna, może prowadzić do degradacji środowiska (np. wycinka lasów pod uprawy palm olejowych, nadmierny połów organizmów morskich czy wyniszczanie gleb monokulturami). Dlatego tak istotne jest, by rozwój biogospodarki szedł w parze z regulacjami chroniącymi przyrodę i promującymi dobre praktyki (certyfikaty zrównoważonej biomasy, standardy upraw, kontrola nad odłowem surowców dzikich).

Trendy i przyszłość biosurowców

Być może już wkrótce przeciętny konsument nawet nie zauważy, jak wiele elementów jego codzienności powstaje z biosurowców: samochód zatankuje biopaliwem z alg, lunch zapakuje w pudełko z pulpy roślinnej, telefon ochroni etui z biopolimeru wzmacnianego lnianym włóknem, a mieszkać będzie w domu zbudowanym z drewna i izolowanym słomianymi płytami.

Znaczenie biosurowców w gospodarce niewątpliwie będzie rosło w najbliższych latach. W obliczu zmian klimatu i kurczących się zasobów kopalnych, przemysł poszukuje alternatyw, które zapewnią zrównoważony rozwój. Oto kilka głównych trendów związanych z biosurowcami:

Bioekonomia i strategie państw: Coraz więcej krajów (w tym Polska i cała UE) przyjmuje strategie rozwoju biogospodarki. Oznacza to wsparcie dla innowacji wykorzystujących surowce biologiczne, inwestycje w biotechnologię, zachęty dla rolników produkujących na potrzeby bioprzemysłu, a także zmiany prawne ułatwiające wykorzystanie odpadów.
Nowe biosurowce z mórz i oceanów: Algi morskie (wodorosty) mają olbrzymi potencjał jako surowiec – rosną szybko, nie wymagają gruntów uprawnych ani świeżej wody. Mogą posłużyć zarówno jako pasza, żywność (np. agar, karagen, sushi nori), jak i źródło biopaliw czy surowiec na bioplastik. Już teraz prowadzi się duże farmy alg morskich w Azji i Europie.
Inżynieria genetyczna i syntetyczna biologia: Dzięki GMO i synbio można modyfikować organizmy tak, by produkowały jeszcze lepsze biosurowce. Przykładowo drożdże zmodyfikowane genetycznie mogą wytwarzać mleko (białka mleczne) bez krowy, czy białka jaja bez kury. Inżynieria roślin może poprawić plony roślin energetycznych albo sprawić, że drzewa szybciej rosną. To kontrowersyjny, ale dynamiczny kierunek rozwoju.
Recykling biologiczny: Różne gałęzie nauki pracują nad enzymami i mikroorganizmami zdolnymi rozkładać trudno degradowalne odpady (np. bakterie „zjadające” plastik PET czy poliuretan). Dzięki temu być może powstaną procesy, które w sposób biologiczny będą recyklingować stare tworzywa na składniki do ponownej syntezy – zamykając obieg materiałów.
Wyzwania: Mimo postępów, biosurowce stoją przed wyzwaniami. Wydajność produkcji biopaliw drugiej generacji jest jeszcze ograniczona, a niektóre biotworzywa są droższe niż tradycyjne plastiki. Istotne jest też unikanie efektów ubocznych jak wylesianie pod plantacje (np. oleju palmowego do biodiesla) czy wzrost cen żywności wskutek przeznaczania jej na inne cele. Dlatego badacze i przemysł skupiają się na efektywności – by z mniejszej ilości ziemi i surowców uzyskać więcej produktu.
Edukacja i świadomość: Przyszłość biosurowców zależy też od nas jako konsumentów. Wybierając produkty z eko tworzyw, popierając recycling bioodpadów, oszczędzając energię – tworzymy popyt na zielone rozwiązania. Społeczne zrozumienie idei gospodarki o obiegu zamkniętym i docenienie roli surowców odnawialnych jest niezbędne dla dalszego rozwoju tego sektora.

Biosurowce są już dziś wszędzie wokół nas – w paliwie, którym tankujemy samochód, w opakowaniu na kanapkę, w ubraniu z organicznej bawełny czy w kremie do twarzy. Ich różnorodność i potencjał sprawiają, że są fundamentem rodzącej się nowej, zielonej gospodarki. Rozumiejąc różne rodzaje biosurowców i ich zastosowania, możemy świadomie wspierać przejście od gospodarki opartej na kopalinach do gospodarki opartej na odnawialnych zasobach i szacunku dla naturalnego cyklu przyrody.