Uusi teollinen biotekniikka ja biotalous Prof. Merja Penttilä VTT ÖLJYJALOSTAMO Yhteiskuntamme on öljystä riippuvainen Öljyn riittämättömyys ja hinta CO2 – Ilmaston muutos BIOJALOSTAMO Iso haaste - mutta mahdollista • Biotalous • Vihreä kasvu • Biobased society BIOJALOSTAMO Vihreä kemia Prosessitekniikka Insinööritieteet • Biotalous • Vihreä kasvu • Biobased society Biotekniikka EU: “A key enabling technology for our future” BIOJALOSTAMO Solutehtaat: Mikrobit tuotto-organismeina • Biotalous • Vihreä kasvu • Biobased society Solukemia tuottaa peruskemikaaleja Bio-based production of C2–C6 platform chemicals Biotechnology and Bioengineering, 109: 10, 2437-2459 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bit.24599/full#fig19 Biotalous CO2 Biomassaan perustuva teollisuus Poltto Kaasutus Pyrolyysi Kuidutus Fraktiointi Ruoka Rakennusmateriaalit Lämpö/Sähkö Paperi, pakkaus Liikenteen polttoaineet Kuidut Nanoselluloosa Kemikaalit Biojalostamo: Nykyiset aktiviteetit Biotalous CO2 Biomassaan perustuva teollisuus Poltto Kaasutus Pyrolyysi Kuidutus Fraktiointi Hydrolyysi Ruoka Elintarvikejäte Rakennusmateriaalit Lämpö/Sähkö Paperi, pakkaus Liikenteen polttoaineet Kuidut Nanoselluloosa Kemikaalit Jätebiomassa, hiilihydraatit SOKERI Kemikaalit Aromaatit Polttoaineet Materiaalit Solutehtaat Suljettu tuotanto bioreaktorissa Nanotekniset tuotteet etc Biojalostamo: Nykyiset aktiviteetit Biotalous CO2 Biomassaan perustuva teollisuus Rakennusmateriaalit Lämpö/Sähkö Poltto Kaasutus Pyrolyysi Kuidutus Fraktiointi Hydrolyysi Ruoka Elintarvikejäte Teollisuuden savukaasut Ilmakehän Paperi, pakkaus Liikenteen polttoaineet Kuidut Nanoselluloosa Kemikaalit Biojalostamo: Nykyiset aktiviteetit Jätebiomassa, hiilihydraatit Kaasutus Biokaasu metaani CO2 Metanoli Liuskekaasu SOKERI CO2 Kemikaalit Aromaatit Polttoaineet Materiaalit Solutehtaat Suljettu tuotanto bioreaktorissa Nanotekniset tuotteet etc Biotuotanto tulevaisuudessa: Primääriraakaaineiden suora konversio halutuksi tuotteeksi Biotalous CO2 Biomassaan perustuva teollisuus Rakennusmateriaalit Lämpö/Sähkö Poltto Kaasutus Pyrolyysi Kuidutus Fraktiointi Hydrolyysi Ruoka Elintarvikejäte Teollisuuden savukaasut Ilmakehän Paperi, pakkaus Liikenteen polttoaineet Kuidut Nanoselluloosa Kemikaalit Jätebiomassa, hiilihydraatit Kaasutus Biokaasu metaani CO2 Metanoli Liuskekaasu SOKERI CO2 Kemikaalit Aromaatit Polttoaineet Fotosynteesi Materiaalit Muut valoreaktiot Biojalostamo: Nykyiset aktiviteetit Solutehtaat Suljettu tuotanto bioreaktorissa Nanotekniset tuotteet etc Biotuotanto tulevaisuudessa: Primääriraakaaineiden suora konversio halutuksi tuotteeksi Entsyymit hajottavat selluloosaa Sokeri Leivinhiiva - solutehdas Maitohappo Biomuovi PLA Hämähäkin silkki voi olla vahvempaa kuin teräs - ja kevyttä Bakteerit voidaan muokata tekemään samanlaista silkkiä kasvijätteestä Hiivat ja levät voivat tuottaa biodieseliä Sokeri Mikrobiöljy CO2 Biologinen vallankumous on meneillään Nanotekniikka Insinööritieteet Fysiikka Synteettinen biologia Geenitekniikka Tietojenkäsittelytieteet Matematiikka Kemia Maataloustiede Teollinen biotekniikka Suunnittelu ja rakentaminen -Uudet tuotteet, tehokkaat solutehtaat Geenien siirto toiseen isäntään -Insuliinia hiivalla, bioetanolia lignoselluloosasta Luonnon organismien hyödyntäminen -Olut, viini, leivonta, antibiootit Perustutkimus ja sovelluksiin tähtäävien läpimurtoteknologioiden kehitys kulkevat käsi kädessä Synteettinen biologia “From reading to writing” • Biologisten toimintojen rakentaminen halutulla tavalla • Matemaattinen mallitus BioBricks • Suunnittelu - Design • Hallittu ohjattavuus • Standardisointi • Geenit, proteiinit, biokemialliset reaktioreitit, soluorganellit, tuotanto-organismit … • • • Tehokkaat solutehtaat, jotka ovat kilpailukykyisiä petrokemian kanssa Uudet tuotteet Uusiutuvien luonnonvarojen taloudellisen käytön raaka-aineena “What I can not build, I can not understand” (Richard Feynman) Uusia biotekniikkaan ja synteettiseen biologiaan perustuvia yrityksiä syntyy, etenkin USAssa Ginkgo Bioworks: Automatisoitu tuotantomikrobien rakentaminen. Tietokonepohjainen suunnittelu & robottiavusteinen rakentaminen. Amyris: Biopolttoaineita jätesokereista. Synteettinen biologia mahdollistanut hapen käytön vähentämisen tuotannossa alle normaalin solun teoreettisen tarpeen -> kustannussäästö. Lockheed Martin: “An aerospace, defense, security and advanced technology company”. Investoi synteettiseen biologiaan. Markkinat: ”2010 ~ 1 billion dollars -> 2016 ~ 10 billion dollars” Synteettisen biologian vaikutuksen talouteen ennustetaan olevan vähintään yhtä suuri kuin synteettisellä kemialla oli sata vuotta sitten. Biotekniikka Disruptive & enabling technology, moving fast forward • Periaatteessa tuotemahdollisuudet ovat rajattomat, öljypohjaisten kemikaalien korvaamisesta uusiin biologian mahdollistamiin tuotteisiin. • Yhdistettynä nanotekniikoihin, eletroniikkaan, uusiin mittausmenetelmiin etc mahdollistetaan aivan uudentyyppisiä sovelluksia. • Myös pienimuotoinen tuotanto on mahdollista, mikä edesauttaa uutta yrittäjyyttä. • Biotekniikka on tulevaisuuden tekniikka, joka innostaa myös nuoria yrittäjiä. Suomi biotalouden edelläkävijäksi … • Ilman biotekniikkaa biotalous ja uusiutuvien luonnonvarojen käyttö kestävien tuotantoprosessien kehityksessä jää vajavaiseksi • Suomessa on vahva biotekniikan perusta, jolta ponnistaa – pohjalla Sitran näkemyksellinen rahoitus -80 luvulla • Synteettisen biologian menetelmien ja periaatteiden hallinta vaatii hyppäyksellistä tutkimus- ja koulutuspanostusta, jotta Suomi pysyy mukana teknologian kehityksessä Suljettu tuotanto bioreaktorissa CO2 Taloudellinen, Solutehtaat energia- ja hiilitehokas tuotanto Kemikaalit Aromaatit Polttoaineet Materiaalit Nanotekniset tuotteet Etc, etc, etc Biology is inspiring Nature has the solutions Kiitos!