3 Bioteknologi

Analyse af danske styrkepositioner inden for teknologier, der kan føre til substitution af kemikalier

Bioteknologiske metoder har vist deres potentiale hvad angår effektiv produktion af enzymer og andre komplicerede, biokemiske/organiske stoffer. Deres potentiale ligger desuden i høj grad i, at der ofte med bioteknologi kan opnås den samme effekt, men med lavere energi og ressourceforbrug end de traditionelle teknologier kan præstere. Implicit i bioteknologi ligger genmanipulation af levende organismer, som stadig er omdiskuteret, særligt blandt forbrugere og NGO'er.

FORA (2006) fremhæver, at industriel bioteknologi ifølge EU's forskningsplatform for kemikalieteknologi er et af de helt store satsningsområder for europæisk kemikalieindustri, og at Europa på dette område har en styrkeposition, der skal fastholdes og videreudvikles. Det skønnes, at enzymteknologien i 2020 vil varetage 10% af den europæiske kemikalieproduktion (SusChem, 2005).

Med brug af enzymer er det muligt at erstatte eller reducere brugen af forskellige problematiske kemikalier. Eksempler er erstatning eller reduktion i forbruget af overfladeaktive stoffer, blegningskemikalier eller oplysningsmidler ved brug af enzymer. Der nævnes i det følgende en række eksempler, men det har dog ikke været muligt at etablere et samlet overblik over, i hvilken grad enzymteknologier kan forventes at erstatte nogle af de mest problematiske kemikalier.

3.1 Virksomheder og brancher

Hvad angår substitution af problematiske kemikalier er branchen domineret af, og måske næsten afgrænset af de tre store virksomheder Novozymes A/S (ca. 4.800 ansatte, omsætning ca. 7 mia. DKK), Danisco A/S (ca. 10.000 ansatte, omsætning ca. 20 mia. DKK) og Chr. Hansen (ca. 2.300 ansatte, omsætning ca. 3.6 mia. DKK), alle tre med hovedsæder i Danmark. Der er ingen tal for, hvor stor en del af omsætningen der direkte kan relateres til produktion af enzymer, der kan føre til substitution af problematiske kemikalier.

Branchen er præget af et meget bredere fokus end udvikling af alternativer til problematiske kemikalier, og hos mange virksomheder og forskningsinstitutioner er især farmaceutiske produkter i fokus. Der er ved denne undersøgelse også søgt efter andre spillere ved henvendelse til forskerparken Symbion, til Dansk Industri, Danmarks Tekniske Universitet og Århus Universitet, samt videnspersoner i biotekbranchen. Desuden er universiteternes hjemmesider screenet. Den danske biotek branche synes ud over enzymteknologi at være domineret af farmakologisk forskning/produktion og forskning i genmodificerede planter, som ikke indgår i denne undersøgelse.

Opgaven med substitution af kemikalier og introduktion af mindre miljøbelastende produktionsformer synes dog at være blandt de centrale felter for de tre nævnte virksomheder, og en betydelig del af deres aktiviteter er i dag rettet direkte mod bæredygtighed; herunder substitution og reduceret brug af kemikalier.

3.2 Miljøeffektive produkter og teknologier i relation til substitution af problematiske kemikalier

Eksisterende og potentielle produkter eller teknologier, der reducerer eller erstatter anvendelsen af problematiske kemikalier, ligger for biotekbranchen indenfor følgende områder:

Enzymer, der kan erstatte eller reducere kemikalieanvendelsen i fremstillingsprocesser eller kan indgå i slutprodukter. Sådanne enzymer fremstilles ved hjælp af genmodificerede mikroorganismer.
Mikroorganisme kulturer, der direkte kan erstatte kemikalier i processer eller slutprodukter; her kaldet funktionelle kulturer.
Direkte fremstilling af kemikalier med mikrobiel syntese ved hjælp af genmodificerede mikroorganismer.

Endelig er der en aktivitet, der varetages af biotekvirksomheder, som selvom den ikke nødvendigvis inddrager genmodificering af organismer, er valgt medtaget her:

Syntese af kemikalier og kemiske materialer ud fra biologiske råvarer

Det bemærkes, at området har et vist sammenfald med udviklingen af processer til fremstilling af 2. generations biobrændsler, som ligger uden for fokusområdet for denne undersøgelse.

Hvor intet andet er angivet, er dette afsnit baseret på interviews med Novozymes, Danisco og Chr. Hansen.

Enzymteknologier
Enzymer er som bekendt biokemiske katalysatorer, der er målrettet specifikke kemiske reaktioner. Udviklingen går både i retning af at identificere og kunne producere enzymer til specifikke anvendelser og i retning af at anvende allerede producerede enzymer til nye formål. Foruden den klassiske anvendelse af enzymer til tøjvask, med effektiv vask ved lavere temperaturer og reduceret kemikalieforbrug, er der i dag udviklet en række enzymer til anvendelse i industrien og i forbrugerprodukter. Nedenfor er givet en række eksempler på anvendelse og udvikling af industrielt fremstillede enzymer.

Til tekstilindustrien er der udviklet enzymer, der erstatter anvendelser af store mængder natriumhydroxid til forbehandling af bomuldsfibre til tekstiler. Bomuld behandlet med den enzymatiske proces kan dog kun bruges til farvet tekstil, da enzymerne ikke bleger helt til samme jævne hvidhed som natriumhydroxid-behandlingen. Der er også udviklet enzymer, der giver stonewash effekt på cowboy stof. Processen erstatter egentlig den energikrævende stonewash metode og betyder at stoffet slides mindre ved processen og at der dannes mindre affald. Andre enzymer nedbryder overskudsfarve efter farvning, hvorved 3-6 vasketrin kan undværes.

Til papirindustrien er der udviklet enzymer, der mindsker behovet for blegningskemikalier, andre enzymer til afsværtning af returpapir der erstatter overfladeaktive stoffer, samt enzymer der erstatter solventer til afvaskning af ”stickers” (selvklæbende noter mv.) på returpapirbehandlings-udstyret.

Til læder/garveri industrien er der blandt andet udviklet enzymer til afhåring, der erstatter sulfid og base.

Der er ligeledes udviklet enzymer, der erstatter detergenter til opvaskemaskiner.

Som afledt af anden forskning er der identificeret et enzym, der overflødiggør fosfater i vaskemidler. Et produkt der især har relevans i de store dele af verden, hvor der ikke er vandrensning, der tilbageholder fosfater tilstrækkeligt. Der er desuden for nylig lanceret et enzym der kan reducere anvendelsen af de overfladeaktive stoffer "LAS", lineære alkyl-benzensulfonater, i 25% af markedsførte vaskemidler.

Til syntese af kemikalier kan enzymer bruges med store reduktioner i f.eks. brug af solventer. Et eksempel herpå er indenfor syntese af farmaceutiske produkter, hvor der er en stigende fokus på bio-catalyse.

Et andet eksempel på enzymanvendelse er forsøget på at erstatte biocider i begroningshindrende bundmaling til skibe med aktive enzymer tilsat malingen. Emnet er behandlet nærmere i kapitel 5.

Foruden enzymer der erstatter kemikalier og processer i produktion og produkter, er der udviklet en række enzymer, der sigter på at mindske eksponeringen af mennesker med problematiske f stoffer, der findes i eller dannes i fødevarer. F.eks. markedsføres/lanceres enzymer, der kan eliminere acrylamid dannet ved tilberedning af fødevarer (ved opvarmning), og enzymer der reducerer optagelsen i kroppen af transfedtsyrer. Andre enzymer er på vej, der konverterer mættede fedtsyrer til umættede, der er sundere for mennesker.

Der er et væsentligt fremtidigt potentiale for nyttiggørelse af enzymer i affaldsbehandlingssektoren, eksempelvis til behandling af spildevand, industrielt affald, kommunalt affald eller gyllebehandling. Branchen sætter spørgsmålstegn ved, om det er muligt at finansiere en sådan udvikling, da affaldsbehandling generelt køres i offentligt regi eller for offentlige driftsmidler under pressede budgetter.

Funktionelle kulturer
Der udføres i branchen substitutionsarbejde rettet mod erstatning af syntetisk fremstillede konserveringsstoffer til mad, som f.eks. benzoater og sorbater, med naturlige, biologisk fremstillede antioxidanter og naturlige mikroorganisme-kulturer, der kan yde biologisk beskyttelse ved simpel fortrængning af uønskede mikroorganismer eller ved, at kulturerne naturligt fremstiller anti-mikrobielle stoffer (peptider, mv), der hæmmer vækst af de uønskede mikroorganismer. Der kan f.eks. være tale om syrningsbakterier. De kemiske fødevarekonserveringsstoffer dominerer fortsat markedet.

Visse konserveringsløsninger baseret på fødevareingredienser kræver ikke E-numre, og kan derved indgå i "clean label" fødevarer, dvs. produkter uden industrielle stoffer i og dermed helt uden E-numre. Selvom E-numre faktisk er en forbrugerhjælp, så opfattes de også af nogle som indikation på, at der er industrielle stoffer i, og produkter helt uden E-numre efterspørges derfor også.

Mikrobiel syntese
Der arbejdes med en målsætning om indenfor en overskuelig årrække at kunne fremstille udvalgte høj-volumen basiskemikalier i selve cellerne på dertil genmodificerede mikroorganismer, såkaldt "pathway engineering". Aktuelt arbejdes der for eksempel med fremstilling af 3-hydroxypropionsyre og acrylsyre, som blandt andet anvendes som råvarer til plastfremstilling, ud fra fornyelige råvarer. Et andet eksempel er udvikling af biologisk fremstillet isopren til fremstilling af dæk ud fra glukose i samarbejde med stor dækproducent. Teknologien erstatter potentielt såvel syntetisk fremstilling af isopren baseret på olieprodukter som gummi tappet fra gummitræer.

Kemikalier fra biologiske råvarer
Hos Danisco arbejdes der med substitution af syntetiske kemikalier med plantebaserede stoffer. Det drejer sig f.eks. om det plantebaserede produkt "Soft-n-safe", der substituerer plastblødgøreren DEHP 1:1 funktionelt set (se beskrivelsen i kapitel 6). Der fremstiles også en række planteoliebaserede antistatiske plastadditiver, der erstatter syntetiske kemikalier i f.eks. plast til fødevare-emballage. Da alternativerne er dyrere end de syntetiske stoffer med samme funktionalitet, efterspørges de bio-baserede additiver kun i mindre omfang til andre plastanvendelser end fødevareemballage, hvor der er særlige krav til plasttilsætningsstofferne.

Indenfor industriel rengøring er et fremtidigt perspektiv, at de kemisk fremstillede desinfektionsmidler erstattes med midler baseret på biologiske stoffer og som er biologisk nedbrydelige. De syntetisk fremstillede desinfektionsmidler er billigere, men hvis bio-midlerne kan fremstilles ved hjælp af bioteknologi og miljøomkostningerne medregnes, så begynder bio-midlerne at kunne konkurrere.

Bio-polymerer
Bio-polymerer er mange forskellige polymerer, der har det tilfælles, at de er baseret på biologiske råvarer. Bio-polymerer fremstilles i dag som cellulosebaserede materialer, cellulosederivater, som stivelsesbaserede materialer eller som fermenterede materialer. Hos DTU Risø arbejdes der med udvikling af bio-polymerer. Der er imidlertid en løbende diskussion af potentiale og udfordringer ved at anvende biologiske råvarer, der kunne anvendes til fødevareproduktion, til andre formål som f.eks. fremstilling af kemikalier og produktion af biobrændsler. Det måske mest interessante perspektiv er konvertering af spildprodukter fra biobrændsel til råvarer til plastfremstilling. Hermed kan opnås en højere samlet virkningsgrad og et optimeret ressourceforbrug. Substitution af problematiske kemikalier vurderes dog ikke at være et væsentligt aspekt i relation til brug af bio-polymerer.

3.3 Viden og relationer

Der er et højt vidensniveau i Danmark hvad angår forskning og industriel nyttiggørelse af bioteknologi, og de tilstedeværende forskningsmiljøer må anses for at danne en stærk baggrund for yderligere konsolidering af denne styrkeposition. Den danske biotek branche og tilknyttede forskningsinstitutioner synes dog ud over enzymteknologi at være domineret af farmakologisk forskning/produktion og forskning i genmodificerede planter, som ikke indgår i denne undersøgelse.

Forskningen i feltet på DTU synes aktuelt at være mere fokuseret på optimering af de bioteknologiske processer med henblik på mere effektiv og billig produktion vha. mikroorganismer.

På det enzymteknologiske område er vidensniveauet meget højt i Danmark. De tre ovennævnte virksomheder anslås tilsammen at dække omkring 80 % af det globale enzymmarked, og feltet er stærkt udviklings- og forskningspræget.

De af virksomhederne, der har svaret detaljeret herom, har oplyst, at de samarbejder med universiteter i Danmark og udlandet indenfor udvalgte felter.

Enzymproducerende virksomheder arbejder endvidere ofte tæt sammen med de virksomheder, der aftager de udviklede enzymer til anvendelse i produktion eller produkter.

Branchen må som helhed betragtes som stærkt udviklingspræget og en betydelig del af deres aktiviteter består af nyudvikling af produkter og teknologier, og de retter sig mod mange anvendelsesområder og kundetyper.

Danisco og Novozymes har tidligere samarbejdet om Forskerskolen Food.

Et eksempel på et samarbejde mellem virksomheder, forskningsinstitutioner og det offentlige (i kraft af EU finansiering) er konsortiet BIOPRO, der med højteknologiske biologiske metoder har/havde til hensigt at udvikle effektive enzymholdige produkter såsom vaskemidler og maling, hvor enzymer varetager nye funktioner og erstatter traditionelle kemiske ingredienser. Deltagerne i konsortiet var DHI, Novozymes A/S, Procter & Gamble, Dyrup A/S, BioLocus ApS, CPS A/S, samt Aalborg Universitet.

Dertil kommer udvikling og produktion af plast på basis af biologiske råvarer der er fokuseret hos Risø og DTU. Andre partnere på dette område har været bl.a. Færch Plast og Teknologisk Institut.

Hvad angår udviklingen af bio-polymerer mener den interviewede forsker fra Risø, at området ikke har haft tilstrækkelig fokus i Danmark indtil nu, og at netværket omkring dette emne i Danmark aktuelt er for lille til at sikre den udvikling, der måske er potentiale for. Samme fremhæver et eksempel på et vellykket partnerskab i New Zealand med inddragelse af alle relevante parter og landbruget som en vigtigt, integreret drivkraft.

3.4 Potentiale for eksport

Bioteknologiske metoder har vist deres potentiale hvad angår effektiv produktion af enzymer og andre komplicerede, biokemiske/organiske stoffer. Potentialet ligger i høj grad i, at der ofte med bioteknologi kan ydes de samme funktioner med lavere energi og ressourceforbrug end traditionelle teknologier kan præstere.

FORA (2006) citerer EU's forskningsplatform for kemikalieteknologi (Suschem, 2005) for, at industriel bioteknologi er et af de helt store satsningsområder for europæisk kemikalieindustri. Det er skønnet, at enzymteknologien i 2020 vil varetage 10 % af den europæiske kemikalieproduktion, en sektor der i 2004 havde en samlet omsætning på 586 mia. € (CEFIC, 2005).

Som nævnt dækker de tre virksomheder tilsammen omkring 80 % af verdensmarkedet og er således stærkt eksportorienterede. Der er ikke fremkommet oplysninger i projektet, der kvantificerer eksportpotentialet, men det må antages at være meget betydeligt både i kraft af allerede eksisterende enzymer/teknikker og igangværende udviklingsaktiviteter.

Ifølge en af de interviewede virksomheder har Danmark fortsat et forspring i verden på fermetering/bioteknologi. Danmark var tidligere også førende på genmanipulering af planter, men det blev stoppet og Danmark er nu bagefter på dette felt.

3.5 Barrierer

De kontaktede virksomheder peger blandt andet på aftagervirksomheders forsigtighed med indførelse af ny teknologi og mangel på risikovillig kapital til udviklingsaktiviteter som væsentlige barrierer. De to emner er delvist indbyrdes relaterede.

Virksomhederne peger endvidere på, at omkostningerne til registrering af nye kemiske stoffer i EU er høje. Det dæmper innovationslysten.

En enkelt virksomhed nævner desuden at det er en barriere i relation til udviklingssamarbejder med universiteterne, at universiteterne kræver betaling for samarbejde.

3.6 Initiativer til fremme af styrkepositioner

De kontaktede biotek-virksomheder må betragtes som havende en væsentlig styrke til selv at fremme deres forretningsområder. De har peget på en række initiativer, de mener, vil kunne give bedre muligheder for udvikling og udbredelse af de udviklede stoffer og teknologier, og hermed føre til substitution af problematiske kemikalier. Deres forslag indfanges udmærket af de følgende bemærkninger fra de interviewede virksomheder:

Støt forskning. "Nå op på Barcelona målene[¹] for offentligt bekostet forskning alene". Dertil kommer privat finansieret forskning. Der er udtrykt forskellige synspunkter hvad angår målretningen af forskningsmidlerne. Dels er der behov for grundforskning, for at nye ideer genereres, dels er der behov for målrettet, anvendelsesorienteret forskning.
Partnerskaber har tidligere vist sig at kunne hjælpe nye ting frem. Derfor foreslås det, at der fortsat satses på at afsætte offentlige midler til facilitering af partnerskaber mellem virksomheder, myndigheder og forskningsinstitutioner.
Der er et stort behov for risikovillig kapital, særligt hvis et innovativt vækstlag af små iderige virksomheder ("small biotech") skal fremmes, som det ses i den farmakologiske industri.
Der er behov for "fødselshjælp", dvs. støtte, til substitutionsprojekter, og andre incitament-strukturer, der fremmer indfasning af nye teknologi.
Etablering af en investeringsfond på området kunne være en god ide.
Substitution kan fremmes ved politisk fokus på krav om "best available techniques" (BAT), altså mest miljøeffektive teknikker, herunder at Danmark/Miljøstyrelsen arbejder for fremme af BAT i EU regi.
Fremme af EU regulering, der kræver at importerede varer skal leve op til samme vilkår som EU-producerede varer. Dette er f.eks. relevant i forhold til biocider, hvor importerede artikler må indeholde visse biocider, som ikke er tilladt at anvende i EU.

Hvis der i Danmark ønskes en dynamisk udvikling af bio-polymer området foreslår én af de interviewede forskningsinstitutioner, at der etableres et partnerskab med inddragelse af alle relevante parter og landbruget som en vigtigt, integreret drivkraft. Omend med store miljømæssige potentialer er bio-polymer området, som tidligere nævnt, specifikt i relation til substitution af problematiske kemikalier måske af mindre betydning.

Foreslåede initiativer
I kraft af større miljøkrav, en bred bevidsthed om miljø i erhvervslivet og befolkningen som helhed, gode forhold for offentlig forskning og en aktiv støttepolitik på udvalgte områder har danske virksomheder opnået en teknologisk førerposition for visse miljøeffektive kemikalier og teknologier. I takt med, at den Europæiske Union gradvist tilnærmer sig det der tidligere var dansk og nordisk miljøregulering, vil andre landes erhvervsaktivitet på disse områder stige. Der kan derfor være behov for initiativer der understøtter et fortsat gunstigt udviklingsmiljø for nye miljøeffektive teknologier.

Støtte til udvikling og implementering af ny miljøeffektiv teknologi
Af initiativer til fastholdelse og fremme af styrkepositionen kan nævnes:

At sikre at offentlige midler til grundforskning på det bioteknologiske område opretholdes eller øges, baseret på en nærmere analyse af behovet og eksisterende strukturer.
At der lægges større vægt på at der afsættes midler til at gennemføre analyser, der kan give virksomhederne en pejling om fremtidig udvikling og regulering. Mere klare retningslinjer af denne type vil mindske usikkerheden blandt virksomhederne med hensyn til omfang og type af innovative investeringer.
At der fortsat afsættes offentlige midler til at støtte test- og demonstrationsprojekter i virksomhederne. Dette anses at være muligt uden at støde ind i barrierer såsom statsstøttereguleringer. Det kunne overvejes at etablere en investeringsfond på området eller et program i lighed med EUDP (Energiteknologisk Udviklings- og Demonstrationsprogram).
At der fortsat afsættes offentlige midler til støtte og facilitering af ansøgning om EU-finansiering af større, omkostningstunge udviklingsprojekter.
Det kunne overvejes at udvide det eksisterende partnerskab for biobrændstoffer til også at dække biopolymerer, da der er tale om mange beslægtede problemstillinger og flere af de samme aktører.

Facilitering af små virksomheders registrerings- og godkendelsesarbejde
Dokumentationsbyrden til registrering af nye kemikalier, herunder bl.a. enzymer, eller anvendelser af samme, under for eksempel REACH og Biociddirektivet er betydelig og kan resultere i en udvælgelsesproces, hvor kun store virksomheder overlever økonomisk. Selvom det vil medføre mere koncentrerede innovationsmiljøer, der kan give fordele, gør det det samtidigt vanskeligere for små og mellemstore udviklingsvirksomheder at realisere deres ideer til kommercielt niveau.

Det har i arbejdet været overvejet, om det ville være hensigtsmæssigt at oprette et offentligt finansieret center, der kan bistå små og mellemstore virksomheder i deres arbejde med opnåelse af relevante godkendelser for at undgå at dokumentationskrav er hæmmende for innovation. Der er dog allerede i dag mulighed for at få råd og vejledning ved henvendelse til Miljøstyrelsen. I relation til konkrete produkter, som dokumenteret vil kunne erstatte problematiske kemikalier, foreslås det i stedet, fortsat at have muligheder for støtte til udviklingsarbejdet i lighed med de muligheder der har været inden for Miljøstyrelsens virksomhedsordning.

[1] Ifølge det oprindelige Barcelona-mål, som EU-landene er enedes om, skulle mindst 3 pct. af BNP gå til forskning i 2010, og 1 pct. skulle komme fra det offentlige (Ingeniøren, 2005).