Runding.dk





Projekt Rumino

Omsætning af biomasse til foder og føde

Finn Gemynthe Madsen

Skovens biomasseproduktion
overgår selv den mest højtydende kornmark.

(Thomsen, Karsten:
Alle tiders urskov. Danmarks vilde skove i fortid og fremtid, p. 52. Nepenthes' forlag, 1996)


Denne oplysning, som man også støder på forskellige andre steder, kunne betyde indledning til en helt ny æra, om blot man gav sig til at udnytte det vældige potentiale på bæredygtig vis. - Oplysningen fortæller os, at landbrug kan overflødiggøres, helt eller delvist, og erstattes af vidtstrakte skove. Dette burde vække vor intense interesse i en tid med forurening, muldsvind, arters uddøen og menneskelig higen efter mere fri natur. For ikke at tale om situationen i ulandene, hvor regnskove ryddes til fordel for landbrug med hastigt faldende biomasseproduktion til følge. - Kunne synet på regnskoven ændres fra "ukrudt" til "en højtydende have," ville meget være vundet.
Også hos os kunne omlægning fra landbrug til skovbrug være en både miljøvenlig og økonomisk fornuftig strukturændring. En meget stor del af Danmarks landbrugsareal optages nemlig af marker, hvorpå der dyrkes foder til husdyrene. Kunne man i stedet "fodre med skov," kunne man også foretage skovrejsning på disse vældige områder, til stor gavn for natur & miljø. - Og skovejerne (hvoraf en hel del kunne være bønder, der simpelthen havde valgt at øge deres markers biomasseproduktion!) kunne finde anvendelse for tidligere værdiløse rester som afskær, udtyndingstræ og stormfældede træer.
Jamen producerer skoven da den rigtige biomasse? Er ikke størstedelen af skovens planteceller indkapslede i ufordøjelige stoffer som cellulose og lignin? - Jovist, men vi ser dog, at disse stoffer kan nedbrydes og omsættes til almindelige næringsstoffer, hvilket drøvtyggerne dagligt demonstrerer. Vor viden om, hvordan dyr, svampe og mikroorganismer bærer sig ad med at omsætte lignin og/eller cellulose er efterhånden temmelig udbygget, men man kan undre sig over, hvor lidt der gøres for at omsætte teori til miljøvenlig praksis.


 
 


Projektidé
Projektets formål er at undersøge mulighederne for at omsætte lignocelluloseholdig biomasse til i første omgang foder. Dyrene, der skal prøvespise de omsatte materialer, kan være henholdsvis drøvtyggere som kvæg og ikke-drøvtyggere som svin. Lykkes det at fremstille sunde produkter til sidstnævnte, vil der være sket et forskningsmæssigt gennembrud, idet ufordøjelig biomasse er blevet forvandlet til noget, der i princippet kan anvendes direkte til menneskeføde. Vægten i projektet søges lagt på naturlige omsætningsmetoder ved hjælp af mikroorganismer og svampe, men man kan også benytte sig af midler som enzymer, kogning o.a.
I naturen foregår der både aerob (med ilt) og anaerob (uden ilt) omsætning, og de to metoder kan både virke hver for sig og i kombination.
Aerob omsætning: Det er en kendt sag, at svampemycelium kan omsætte træ til sunde spisesvampe som østershatte og gransvovlhatte, men det resterende træ kan utvivlsomt også udnyttes som et tilsætningsfoder, også til ikke-drøvtyggere.
I Chile har man tidligere på græsrodsbasis benyttet svampeomsat træ under navnet "Palo podrido." I forskellige artikler beskrives resultater og perspektiver, og det beklages, at der ikke er forsket mere i de lovende muligheder. ("Palo Podrido" - Decomposed Wood Used as Feed. F. Zadrasil, J. Grinbergs & A. Gonzalez. European J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 15, 167-171 (1982))
Anaerob omsætning praktiseres af alle drøvtyggere. (Det latinske ord Rumino betyder: Jeg tygger drøv) Græs, blade og kviste forvandles til bøfkød og mælk i løbet af forbløffende kort tid. Man kender processerne fra levende komaver og laboratorieforsøg, men mærkeligt nok er det yderst sparsomt, hvad man har gjort for at efterligne naturen på dette område. Hvorfor ikke prøve at holde koens mikroorganismer som husdyr? En "kunstig komave" på størrelse med et mindre mejeri kunne være en målsætning og en forskningsmæssig udfordring!

Projektbeskrivelse
Omsætningen af lignocellulose kan ske enten aerobt eller anaerobt eller gennem en kombination af begge metoder.
Den aerobe omsætning kan ske i beholdere, der kan have form af fladbundede lad, kar, containere el. lign. Heri læsses græs, grene, affaldstræ eller nedkværnet biom-asse inficeres med kulturer af lignin- og evt. cellulosenedbrydende svampe og holdes under fugtige og 20 - 45 grader varme betingelser. Dertil sørges for god be-luftning og evt. sagte omrøring/rotation. Karrenes indersider og bunde forsynes med en række fremspring, hvori rester af svampekulturen hænger ved efter af-læsning og automatisk inficerer næste materialeladning. Ladene skal enten befinde sig i en varm, fugtig atmosfære eller være forsynede med låg, der holder på fug-tigheden samtidig med at der i siderne er huller til beluftning. En anden mulighed er hermetisk lukkede låg kombineret med tilførsel af fugt og ilt, idet forsøg viser hurtigere nedbrydning ved hyperatmosfærisk iltindhold.
Anaerob omsætning af cellulose og hemicellulose finder sted i en "reaktor" i et iltfrit og væskefyldt miljø. Den kværnede biomasse opblandes med iltfattigt vand og evt. næringsstoffer og indføres i reaktoren, således at denne er fyldt næsten til toppen. Øverst findes en aftrækskanal til opsugning af biogas, som enten udnyttes direkte i en gasbrænder eller oplagres i beholder. Biogas består af en blanding af kuldioxid og methan, hvoraf kun sidstnævnte har brændværdi. I meget store anlæg vil det muligvis kunne betale sig at adskille de to luftarter, således at kuldioxiden udledes i væksthuse. En anden interessant mulighed består i, inde i at fremelske en livskraftig kultur af bestemte bakteriearter, som er i stand til at indbygge kuldioxid i organiske forbindelser. Sådanne findes i drøvtyggervomme og kunne måske udnyttes til yderligere forøgelse af produktionen af næringsindholdet.
Af typiske cellulosefordøjende bakteriearter kan nævnes Ruminococcus Flavefaciens og Bacteroides Succinogenes. En ml. "suppe" i en drøvtyggermave inde-holder 10-30 milliarder bakterier og 1 million protozoer; de fleste arter med evnen til at fordøje cellulose. Flertallet af vommens bakterieflora udgøres af gram-negati-ve kokker eller korte stave. Mange arter af mikroorganismer er blevet isoleret og overført til laboratoriekulturer, hvor de trives og går i gang med at nedbryde plantematerialet til organiske syrer, såsom eddikesyre, propionsyre, smørsyre, myre-syre, mælkesyre og ravsyre. Vommens brede spektrum af mikroorganismer, hver art med sit speciale, udmærker sig ved at resultere i maksimalt celleudbytte i form af bakterier og protozoer. I reaktoren efterlignes derfor miljøet i en drøvtyggervom mest muligt; temperaturen holdes på ca. 39 grader og om nødvendigt sørger et svinghjul, en "snegl" eller lignende for omrøring af indholdet.
Samtidig sørges der for fjernelse af de forskellige organiske syrer, der som nævnt er giftige affaldsprodukter for mikroorganismerne. Den enkleste måde kunne bestå i at fremelske en supplerende kultur af mikroorganismer, der lever af de organiske syrer. Set fra drøvtyggernes synspunkt har en sådan kultur ingen interesse, idet de opsuger og udnytter de organiske syrer i deres stofskifte.
I koens vom foregår opsugningen gennem et lag af epithelceller, der er specialiserede til iontransport. Processen må kunne efterlignes, idet de organiske syrer tiltrækkes ved hjælp af en svag elektrisk strøm. Drøvtyggerne udnytter orga-niske syrer direkte i deres stofskifte, og "det er blevet beregnet, at 90% af koens energibehov dækkes af den eddikesyre, der produceres i vommen." (The Metabo-lism of Ruminants, Scientific American) Koen bruger også de organiske syrer til produktion af mælkefedt og proteiner. Hvad der kan udlede af reaktoren er derfor overordentlig værdifuldt, og må kunne indgå i mange forskellige foderblandinger og fødevarer. Det kan også tilsættes det materiale, der resterer efter omsætningen af lignocellulose.
En anden metode for opsugning af de forskellige organiske syrer kunne fungere ved, at tynde, snoede, semipermeable slanger gennemkrydser reaktoren. Vand og syremolekyler kan passere igennem slangernes vægge, mens cellulosemolekyler og mikroorganismer må forblive i reaktoren. En langsom vandstrøm sendes gennem slangerne, og den osmotiske trykforskel vil sende syremolekyler ind i slangerne og vand ud i reaktoren. Slangernes indhold af syrer opsamles udenfor reaktoren.
En tredie metode for opsugning af de forskellige organiske syrer fungerer ved hjælp af en kendt proces, kaldet stripning, hvorved luft, i dette tilfælde iltløs luft, f.eks. opsuget biogas, bringes til at boble op gennem reaktoren fra dens bund, hvorved syrekoncentrationen i luftudsugningen øges. Man kan da efterfølgende genvinde syrerne ved at lade luften boble op igennem vand i en beholder.
For at opnå maksimal omsætning af lignocellulose kan man kombinere aerob og anaerob behandling, således at biomassen, efter først at være blevet udsat for aerobt svampeangreb, ledes ind i reaktoren, hvor bakterier og protozoer omsætter under anaerobe forhold. De aerobe svampe er så at sige de eneste, der kan nedbryde lignin. Når dette er sket i tilstrækkeligt omfang, omsættes cellulosen langt lettere under anaerobe forhold.

Anvendelse af det omsætte materiale
Efter omsætning af lignin er materialet renset for det, der besværliggør drøvtyggeres fordøjelse af træ og grene, og det kan da bruges som foder til køer, får, geder, hjorte og andre drøvtyggere.
Omsættes også cellulosen, er det resulterende produkt principielt fordøjeligt også for ikke drøvtyggere. Det kan da bruges som foder til svin og høns.
Men man kan derudover fortsætte forsøgene ved at stile imod at frembringe menneskeføde. Materialet kan koges eller pasteuriseres, eller det kan steriliseres ved tilførsel af de organiske syrer, man har udvundet af reaktoren. Dernæst kan man foretage endnu en behandling ved hjælp af mikroorganismer. Mange af disse er allerede velkendte "husdyr", andre kan fremelskes netop til dette materiale. Af de kendte kan nævnes Lactobacillus-arterne, som danner mælkesyre ved forgæring af sukkerarter. Efter nedbrydningen af cellulose og frigørelse af celleindholdet vil der være fremkommet sukkerarter, som til en vis grad kan sammenlignes med, hvad der findes i mælk. Ved hjælp af arter som f.eks. Lactobacillus helveticus, Lactobacil-lus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus, Str. thermophilus, Propionibacterium shermanii og beslægtede arter eller mutationer kan man forsøge at eksperimentere sig frem til produkter mindende om ost, youghurt, A38, ymer, acidophilustykmælk, kefir osv. Sukkerarterne kan også forgæres til alkohol gennem tilsætning af gærsvampe af slægten Saccharomyces. Det er også muligt, at man kan tilsætte mælkesyrebakterier eller gærsvampe til et dejglignende produkt, der kan bages til en form for brød. Under alle omstændigheder knytter der sig flere fordele til at udnytte mikroorganismerne; de kan bedre produktets smag, de kan højne dets næringsværdi og de kan ved hjælp af deres stofskifteprodukter virke konserveren-de. Iøvrigt vil det cellulosenedbrudte materiale også kunne bruges mere industrielt, idet det ved mikroorganismers hjælp er muligt at fremstille antibiotika, enzymer, vitaminer o.m.a.

Videre perspektiver
"Projekt Biomasse til foder og føde" vil kunne realiseres indenfor rammerne af allerede kendte institutioner og virksomheder. Men projektet kræver så megen nytænkning, at det muligvis kommer hurtigere i gang på basis af en nystartet virksomhed, f.eks. med navnet "Rumino" (Af latin: Jeg tygger drøv). I hvert fald ved vi, at Danmark før har vist sig som foregangsland indenfor fødevareproduktion. I en tid, hvor der satses hårdt på bioteknologi, vil projekt "Biomasse til foder og føde" kunne give bioteknologien en overraskende miljøvenlig dimension.
Hvilke perspektiver, der åbner sig, hvis det lykkes at udvikle en velfungerende "kunstig komave," ses beskrevet i undertegnedes økologiske science-fiction: Den fjerde verden, Gyldendal, 1993.