Проф. Калоян Петров пред Dir.bg и 3eNews: Развитието на биотехнологиите е ключово за кръговата икономика

В института по инженерна химия на БАН преобразуват въглеводороди в ценни продукти за много индустрии. Средството са разработваните там биотехнологии, които ще стават все по-важни за постигането на кръгова икономика.  Директорът на института проф. Калоян Петров, който е биотехнолог с 3 български патента и в момента кандидатства за 2 световни, разказа пред Dir.bg и 3eNews как вместо от деривати на нефта, може от битови и промишлени отпадъци чрез специални микроби и методи, да се получават ценни съединения с изключително широко индустриално приложение.

Той е категоричен, че ключът към кръговата икономика е в развитието на биотехнологиите и отбеляза, че по-лесно от тях се възползват чужди икономики, отколкото българската. Причината, според него, до голяма степен, е в тукашен проблем във веригата „наука – бизнес“. Фирмените учени са липсващото звено за иновациите в България, уточни професорът. Той сподели още, че интересът към научното поприще в страната отслабва и алармира, че има опасност научното знание да няма на кого да се предаде.

Биотехнологът посочи как националната икономика да печели от постиженията на българските учени и разказа за съвместна работа с бизнеса по създаване и патентоване на безвреден български биопестицид. Ето какво ни разказа проф. Калоян Петров за развитието на инженерната химия, биотехнологиите и комерсиализацията им:

Проф. Петров, в зеления преход предстои тотална трансформация на химическата промишленост и преработващите индустрии, засилва ли се интересът към иновации?

Генералната идея е за кръговата икономика и в момента има изключителен интерес към това съединенията  да се получават по биологичен начин, а не както сега - от деривати на нефтопродукти. Много сме зависими от изкопаемите вълеводороди, не само заради производството на горива, а и поради огромния спектър съединения, които излизат от тази индустрия на базата на нефтопродуктите. Става въпрос за алкохоли, кетони, алдехиди и пр. – за изключително много съединения с широко приложение, които биха могли да се получават и чрез микробна ферментация, което ние правим тук, в института.

Разкажете по-конкретно, как биотехнологиите работят за прехода към кръгова икономика?

Развитието на биотехнологиите е ключът към кръговата икономика. В секцията по биохимично инженерство, например, разработваме микробни методи за получаване на ценни продукти, които сега се произвеждат химично от нефтопродукти. Основната идея е тези съединения, които са суровини за много индустрии, да могат да се получат по доста по-екологически приемлив начин – на базата на някаква биологична синтеза. Разработваме такива технологии за получаване на 2,3-Бутандиол, 2-Бутанол и други продукти. Тези химикали са съставки в много неща – 2,3 Бутандиолът се използва като антифриз, като добавка в печатарското мастило, за експлозиви, за правене на 2,3-Бутадиен, от който вече, при неговата полимеризация, се правят гуми. В момента пазарът на 2,3- Бутандиол надхвърля 300 млн. долара, годишно, но себестойността на биотехнологично полученият е все още твърде висока.

Създаваме и нови методи за контрол на процеси – това е т.нар. биопроцесно инженерство. Също така, с методите на генетичните е манипулации модифицираме щамове на микроорганизми, така че да им придадем нови характеристики и да могат да метаболизират субстрати, което естествените микроби не могат.

Какви отпадъци използвате за изходен материал – за храна на микробите?

Един от отпадъците, с които сме работили е глицеролът – отпадък при производството на биодизел. В производството на биодизел една десета от въглерода се превръща в глицерол, който после се гори и трябва да се унищожи по някакъв начин, т.е. това е въглерод, който не може да се усвои, а ние го използваме като субстрат за биотехнологичен процес за получаване на ценни съединения.

Други субстрати, които опитваме да накараме клетките на микроорганизмите да усвоят и да ги превърнат в ценни съединения, са естествените полизахариди като нишесте, инулин, лигноцелулозна биомаса, като всеки от тези субстрати си има своите предизвикателства.

Досега лабораторните ви микроби какво са произвели?

В повечето случаи това са съединения, които могат да се използват като биогорива. Също така това са съединения с широко приложение, което означава, че те могат да се използват като деривати за получаване на други съединения, отделно могат да се използват като мономери в процеса на полимеризация за получаване на най-различни полимерни съединения от тях.

Освен за биогорива, имаме постижения и в разработването на биотехнологии за алтернативно получаване на млечна киселина – продукт, който сега се произвежда от нишесте и има много широко приложение във фармацията, в хранителната индустрия, в козметиката и други сектори. Едно ново и много перспективно приложение на млечната киселина е нейната полимеризация в полилактат за получаване на биоразградими опаковки.

Ще се конкурират ли успешно биогоривата с бензините?

Важно е кои съединения се използват като биогорива. По принцип това са алкохолите. Всеки алкохол е толкова по-добро гориво, колкото по-дълга му е молекулата, т.е. колкото повече въглерод и по-малко кислород съдържа, за да може горивните му характеристики да са близки до тези на бензините. Като най-перспективно гориво се счита бутанолът, като чистият бутанол може да се използва в двигателите с вътрешно горене без никакви модификации, за разлика от етанола, например. Но проблемът е, че бутанолът е значително по-скъп и биотехнологиите за неговото получаване срещат изключителен проблем – толерантността на микроорганизмите към бутанол, която е изключително ниска - 20 грама на литър.  А 20 грама на литър не е концентрация, с която да може да бъде направено производство на тази база. Производственият процес всъщност, е ферментация от бактерии от род Clostridium, които са най-добрите продуценти на бутанол. Тази ферментация е известна от повече от 100 години и на практика нивото не се е променило драстично. Необходим е научен пробив, за да може по някакъв начин да се увеличи концентрацията, т.е. да се удължи животът на микробите. В момента се правят изключително много генетични манипулации с организмите, за да добият по-висока толерантност към бутанол и да могат да издържат повече, но като цяло бутанолът е изключително токсичен за клетките. Стотици статии излизат на тази тема годишно, но няма кой знае какъв напредък. Но наистина бутанолът е перфектното биогориво, по-добро от етанола. Ето – с бутанола проблемът е на ниво наука, докато проблемът с етанола е на друго ниво – той се произвежда с дрожди от вид Сахаромицес церевизия (Saccharomyces cerevisiae), има и други продуценти, които произвеждат близо 150 грама на литър етанол  – просто клетките издържат на много по-високи концентрации, въпросът е да има достъпен и евтин субстрат.  Поради това комерсиални и биотехнологични производства на етанол има в САЩ на базата на нишесте от царевица и в Бразилия на база захароза от захарна тръстика.

Търсят ли се вашите разработки?

Тук има един проблем – това, което е научно атрактивно, обикновено е неособено приложимо, а това, което е приложимо не е научно атрактивно. Един процес е научно атрактивен 10 – 15 години преди да започне да се прилага. И все пак, ние -учените, гледаме да се занимаваме с неща, които са научно атрактивни, а в повечето случаи те нямат бързо приложение, което да стане от днес за утре.

Такъв пример е усвояването на лигноцелулозата, който за цял свят е в момента научно атрактивен проблем, но си остава на лабораторно ниво засега. Лигноцелулозата е във всички растения – дървесина, листа, клони, всякакъв растителен отпадък. Това  е естественият полизахарид с най-голямо разпространение в света. Той е възобновяем и представлява въглеродът, който е най-евтин на планетата, но от друга страна е  изключително труден за усвояване. Целта е този въглерод да се прехвърли чрез микробно или ензимно въздействие, или по друг начин, в съединение, което има индустриално приложение. С лигноцулулозата ние засега нямаме значими успехи, но такива няма и никъде по света.

Специално искам да отбележа, че на Запад фирмите имат научни отдели, които пряко комуникират с учените от академиите, а тук за съжаление, липсващото звено са фирмените учени. Много малко компании у нас имат научни отдели и затова повечето не са склонни да правят иновативен бизнес, а по-скоро да купуват готови технологии. Определено това е проблем във веригата наука – бизнес.

Какво още пречи биотехнологиите да се комерсиализират?

Проблемите при едно биотехнологично производство винаги се свеждат до себестойността на продукта. Млечна киселина или друго съединение можете да получите по много начини, но промишлено се налага този процес, който дава най-евтин продукт. В момента млечната киселина се прави индустриално от нишесте – това е един от малкото примери, където биотехнологията е успяла да се пребори. Другият пример е етанолът. 95% от етанола се произвежда чрез ферментация, но повечето съединения все още се произвеждат масово от нефтопродукти.

Една от основните причини да не може биотехнологичните процеси да се комерсиализират, е изключително високата цена на субстрата, който се ползва. Когато се ползват захари, цената не е конкурентоспособна и затова от десетилетия изследванията в цял свят са насочени към употребата на отпадък или някакъв субстрат, който да е със значително по-ниска цена.

Ако себестойността на продукта е висока, това пречи да се стигне до промишлено потребление. Конкретно за съединението, с което работя 2.3 Бутандиола – цената на биотехнологично полученият 2,3 Бутандиол трябва да падне под 1 долар за килограм, за да може да се продава. Това може да стане, като се намери субстрат на нулева цена, т.е. отпадък; контролът на процеса да е такъв, че да е необходима по-малко енергия; да се измисли такъв начин за извличане на съединението от ферментационната среда, който да е евтин. В случая той трудно се извлича, защото температурата му на кипене е 180 градуса. При всяко съединение проблемите са различни. Ето - колкото по-евтин субстрат  се ползва, толкова повече, пък трябва да се инвестира в това да бъде пригоден за ферментация, т.е. за усвояване от микроорганизмите.

Институтът има много патенти, включително и аз, като в момента, в сътрудничество с българска фирма, правим заявка за световен патент за биофунгицид на базата на микроорганизъм с антигъбно действие и растителна защита. Фирмата, която ни го поръча сега го патентова. В случая тя иска такъв биопестицид, който да не е химичен, да е на биологична основа, да е безвреден за всичко останало и да го продава на 5 континента.

Според мен това е начинът науката най-ефективно да допринася за българската икономика – чрез директна връзка с фирмите и специални разработки за техните нужди.  Ако държавата може по някакъв начин да печели от нас – това е начинът. Защото от нашите научни публикации и изследвания, които наистина са научно атрактивни, е по-лесно да печелят чужди икономики, тъй като там по-бързо се ориентират и ги прилагат. Това е истината.

Как преценявате подкрепата от държавата? Усеща ли се, че от няколко години иновациите си имат ресорно министерство?

Работата ни е свързана е с иновациите, но финансирането на науката в България не е значимо, държавата все има по-належащи проблеми да оправя. Все пак, от десетилетия се неглижира науката, която се прави в БАН, а по всякакви общоприети стандарти основната наука в България се развива именно в БАН.

Оборудването беше морално остаряло до преди 10 – 15 години в почти всички институти на Академията. Вече има известно раздвижване, Фонд „Научни изследвания“ започна малко по малко да оправя критериите си и да дава малко по-значителни суми за проекти. Определено, настъпи частично обновление. Лошото е, че може скоро да се окаже, че не апаратурата е големият проблем, а този който ще работи на нея.

Недостиг на кадри ли се очертава?

Всяко следващо поколение, което иска да се занимава с наука, е горе долу двойно по-малобройно от предходното. Като гледам моето и следващото поколение сме точно 2 към едно. Това ще е проблемът, защото, ако продължава така, науката в един момент няма да може да се възпроизвежда, просто няма да има хора, на които да се предаде това знание.

Намаляват бройките в университетите или липсва желание у завършващите да се заемат с наука?

Първо – демографията, второ – каквото и да си говорим, ценностната система на хората доста се промени. Виждам как за поколението след моето парите са с доста по-голямо значение. В науката има много пари, но се стига много трудно до тях и в началото със сигурност ги няма. В последно време наистина има увеличение на заплащането в Академията и то с акцент върху младите хора – техните заплати се вдигнаха близо два пъти и повече за последните 2 – 3 години. Има и една реакция към науката в България, не от конкретни институции, а от обществото – че ние се занимаваме с неща, които не са от първа необходимост, но това е въпрос на ценностна система в крайна сметка.

Ако се сравняваме с Европа, нещата са доста близки. Ние работим в много случаи и по общи проекти с колеги от западни страни от ЕС и мога да кажа, че основната разлика е във финансирането. Не знам тук какъв процент от бюджета отива за наука – би  трябвало да е 2%, той ако е 0.2% - пак ще е много… Все пак, в последните 5 – 6 години наистина има някакъв прогрес, да видим какво ще стане нататък.

А в сравнение с Америка, разликата е огромна. Там е изключително развита фирмената наука и всичко е с тясна практическа насоченост.