Debreceni kutatók a brazil kollégákkal együttműködve egy közös pályázat keretében keresik a zöld biomassza feldolgozásának értékteremtő útjait. A lucerna préselésére és a préslé fermentálására már hazánkban is találunk működő példát.
Brazília mezőgazdasági potenciálja
Brazília több mint 8,5 millió km2 területének köszönhetően egyike a világ 5 legnagyobb országának. Méretéből és elhelyezkedéséből adódóan globális szinten is meghatározó mezőgazdasággal rendelkezik. Az érzékelhetőség kedvéért néhány sarokszám: Brazíliában a mezőgazdaság számára rendelkezésre álló földterület 340 millió hektár. Ez több mint 60-szor nagyobb hazánk mezőgazdasági területével összevetve, ami a KSH adatai szerint 2023-ban 5 millió 81 ezer hektár.
A brazil növénytermesztésben kiemelt jelentősége van a kávénak. Brazília világelső kávétermesztő. A betakarított mennyiséget 60 kilogrammos zsákokban adják meg, melyből 69 milliót állítottak elő az elmúlt évben. Ez a globális kávétermelés 40 százaléka. Szemestakarmányok terén is előkelő helyet foglal el. A USDA Crop explorer friss adatai szerint az ország teljes kukoricatermelése a 2023/24-es gazdasági évben 124 millió tonna körül várható (fő-, másod- és harmadvetést is figyelembe véve), ami 9%-kal alacsonyabb a tavalyi rekordtermésnél. Ezzel összevetve hazánkban tavaly ~6,2 millió tonna kukoricát takarítottak be, és az idei aszályos nyár miatt alacsonyabb termés várható.
A szóját mint legfontosabb növényi fehérjeforrást tekintve Brazília a világ legnagyobb termelője és exportőre. 2021-ben csaknem 135 millió tonna szója termett, idénre pedig a brazil kormány (CONAB) ~147 millió tonnát jósol. Összehasonlításképpen a hazai szója termés ~156 ezer tonna volt 2021-ben a KSH szerint.
A biomassza-hasznosítás lehetőségei
A növényi fehérjék forrásaként a mag mellett a zöldleveles szárat is figyelembe kell venni akár a szója esetében is, azonban más pillangós növényben, úgymint lucerna, ez még ismertebb. A zöld biofinomítás erre a fehérjében gazdag, zöld biomasszára épít, célja abból értéknövelt termékek rentábilis ellőállítása. Az elgondolás nem újkeletű, de még kevésbé kidolgozott, mint a poliszacharidokra alapozott biofinomítás gyakorlata.
Az ipari cukornádtermesztés technológiájának és innovációinak őshazája máig őrzi vezető szerepét a termesztésben és cukornádalapú bioetanol-gyártásban. Brazíliában – a cukornáderedetű bioetanol elterjedésének köszönhetően – a nem megújuló petrolkémiai nyersanyagok függéséről a növényi biomasszára történő átállás évtizedekkel ezelőtt kezdődött el, elsők között a világon. Napjainkra a brazil nemzeti gazdaságfejlesztési stratégia a zöldkémia tudományos-technológiai fejlesztése. Ennek hajtóereje pedig az, hogy a vegyi anyagok jelentik a legnagyobb hozzáadott értéket a biomasszaláncban, mivel a hagyományos vegyipar mellett a finomkémiai ipar egyre fontosabb szerepet tölt be a gazdaság különböző ágazataiban.
A hangsúly a brazil megújuló-vegyipar fejlődésének, új perspektíváinak és kihívásainak a kutatásán van, tekintettel arra, hogy Brazília az egyik legnagyobb globális agráripari biomasszatermelő, különösen élelmiszerek és bioüzemanyagok tekintetében. A földrajzi korlátok és az élelmiszer és üzemanyag közötti vita alternatív biomasszaforrások feltárását sürgeti Brazíliában is, mivel a bioetanol iránti kereslet folyamatosan növekszik. Nyilvánvaló, hogy a jelenlegi technológiai korlátok ellenére a lignocellulóz feldolgozásán alapuló, ún. második generációs technológia jelentős hatással lesz a brazil bioetanol- és biofinomító szektor fejlődésére.
Így a kormány, az intézmények és a kutatók a biofinomító ipar fejlesztésére törekszenek a meglévő üzemek egyidejű, első és második generációs bioetanol-termelésre átállításával. A harmadik generációs, mikro- és makroalgákat termelő és feldolgozó technológiák kevésbé előrehaladott szinten vannak, számos technológiai akadályt kell az üzemeknek még leküzdeniük.
Együttműködés Magyarország és Brazília között
A cukornádra alapozott brazil biofinomítás történetének ismeretében a jövő egyik legjelentősebb bioipari kapcsolódási pontját Magyarország és Brazília között a zöldbiomassza feldolgozásának kutatása, a technológia kidolgozása és/vagy adaptálása, majd a globális kereskedelem területén találhatjuk. Ennek egyik kezdeti lépéseként a Debreceni Egyetem Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Karának (DE MÉK) kutatói egy brazil-magyar Tudományos és Technológiai pályázat (TéT) keretében termék- és technológiaorientált, zöld biofinomító platform kialakításának lehetőségét mutatták be, és keresték az együttműködési lehetőségeket, egyetemeket, kutatási intézeteket látogatva Viçosában és Curitibában.
Előnyt jelent, hogy a zöld biofinomító rendszerek egyes elemei részben már léteznek mindkét országban, de még szükségesek technológiai fejlesztések, optimalizálások ahhoz, hogy gazdaságosan fenntartható egységgé alakuljon. A gyakorlatban már működő üzemi megvalósulások példaként szolgálnak, elindítói lehetnek a technológiatranszfernek.
Hazai oldalról több mint két évtizedre visszanyúló szakmai tapasztalat áll rendelkezésre, mely elsősorban a DE MÉK és a Tedej Zrt. közötti kutatás-fejlesztési együttműködésen alapul. Ennek eredményeként épült fel 2002-ben egy kisebb kapacitású (250 liter zöldlé/óra) és 2021-ben egy léptéknövelt mintaüzem lucerna zöld biomasszájára alapozva, a feldolgozás-technológiai folyamatokat előnyösen befolyásoló, bejelentett és/vagy megnyert szabadalmakkal.
Ezek a kezdeményezések összhangban állnak az uniós stratégiákkal. A zöld fehérje-biofinomítás területén az új európai kutatási programok nagy intenzitással folynak, az EU hangsúlyt fektet a zöld biomassza környezetbarát előállítására és észszerű felhasználására a zöld biofinomítókban, felváltva a hagyományos zöldtakarmány-tartósítási módszereket. Ezek a fejlesztések különösen a baromfi- és sertéságazat számára kínálnak új, jövedelmező és fenntartható lehetőségeket a körforgásos agrárgazdálkodásban.
A zöld biofinomítás innovatív szemlélete beilleszthető a manapság népszerű körforgásos gazdálkodás rendszerébe. A zöld biofinomítás egyik gyakori alapanyaga a különböző zöld gabonák és évelő fűfélék. Mérséklet éghajlaton, mint hazánkban az egyik legperspektivikusabb növény a lucerna. Írországban és Dániában azonban a kövér legelőket alkotó évelő perjékkel, fűfélékkel működő üzemeket találunk. Mezőgazdasági melléktermékek, mint a cukorrépa vagy a káposztafélék levelei szintén alapanyagként szolgálnak.
A feldolgozási folyamat alaplépéseit áttekintve a zöld, leveles hajtásokat első lépésben kipréselik, így keletkezik belőle a nagy fehérjetartalmú préslé és a présrost. A préslé, vagy más néven zöldlé tartósítás nélkül azonnali felhasználást igényel, sertés-, baromfitakarmány fehérjetartalmának fedezésére hasznosítható. Tejsavasan erjesztve, fermentálva tartósítható és szintén takarmányokhoz keverhető.
A zöldlé értékes fehérjetartalmának kinyerésére, koncentrálására gőzbefúvásos vagy mikrohullámú hőközlés alkalmazható. A melegítés hatására a zöldlé fehérjetartalma kicsapódik, melyet szűréssel választanak el a visszamaradó növényi savótól, a barnalétől. A barnalé, mint növénykondicionáló tápanyagutánpótlásra alkalmas anyag, intenzív kutatások tárgya. A biztató eredményeknek köszönhetően szabadalmi oltalom és növénykondicionáló termékjelölt is született a hasznosítására.
Biomassza-termelésre alkalmas növények
A zöld biofinomítás alapanyaga, a friss növényi biomassza vagy akár a növénytermesztés zöld melléktermékei, Brazíliában jelentős mennyiségben áll rendelkezésre. A változatos trópusi klímán a dél-amerikai ország mezőgazdaságának döntő része nedves trópusi és szavanna övezetben fekszik, így két évszak, a nedves és száraz váltja egymást az év során. A 4–6 hónapos száraz évszakban a hatalmas szarvarmarha-állomány (közel 40 millió állat) takarmányozásához szilázst és szenázst készítenek. Az országban egyre gyakoribb a zárt, istállós állattartás, bár a legeltetés, az ország méretéből adódóan is jelentős (1,1 millió km2 legelő).
A silózott takarmány nagy része kukorica, amely a második legtöbbet termesztett növény Brazíliában a szója után. Vetésterülete 15,8 millió hektárra tehető, amiből a silókukorica 4 millió hektárt tesz ki. A trópusi éghajlatnak köszönhetően másodvetésben a nedves évszakban szóját, a száraz évszakban kukoricát termelnek a földeken.
A trópusi fűfélék magas termésátlaguknak köszönhetően (20–30 t szárazanyag/ha) hatalmas potenciállal rendelkeznek a meleg éghajlaton. Ezek a C4-es füvek termésüknek nagy részét az esős évszakban adják, emiatt fontos a silózásuk a száraz évszakra. A mérsékeltövi füvekhez hasonlóan betakarításkor magas a nedvességtartalmuk, emiatt fonnyasztani szükséges a silózás minőségének megőrzése érdekében. Ugyanakkor a gyakran termesztett trópusi fajok, mint a gunieai fű (Panicum maximum) és elefántfű (Pennnisetum purupreum) magas és vastag szárai nehezebben szecskázhatók és száríthatók. A fonnyasztás mellett a nagy víztartalom megkötésére száraz takarmányösszetevőket, szójababmaghéjat, korpát, kukoricát, cirkot adnak a silóhoz, így csökkentve a csurgalék mennyiségét.
Brachiaria fű néven több a Brachiaria nemzetségbe tartozó fajt termesztenek a trópusokon. A Brachiaria ruziziensis az afrikai szavannákról származó fűféle, jó beltartalmi összetételének köszönhetően magasabb tejhozamot és fehérjetartalmat értek el vele a szarvasmarhatartók, kimagasló emészthetőségének köszönhetően pedig csökkent a metánkibocsájtás. Brazíliában körülbelül 170 millió hektár legelő található a Brachiaria nemzetségből, vetőmagból pedig a legnagyobb termelő és felhasználó az amerikai kontinensen. Idegenhonos fajként azonban csökkenti az élőhelyek minőségét és biológiai sokféleséget a legelőkön.
Az elefántfű (Pennisetum purpureum) nagy hozama, növekedési potenciálja és minősége miatt kedvelt takarmány a világ trópusi, szubtrópusi országaiban. Évente 30 t szárazanyagot képes produkálni hektáronként, melynek 70%-a az esős évszakban terem. Az alacsony növésű fajtákat (70 cm) inkább legeltetésre, a magas (4,2 m) fajtákat pedig mechanikai betakarítás után silózásra termesztik. A fiatal hajtások nyersfehérje-tartalma 27%, míg szénhidráttartalma 30% száraz tömegre vetítve. Évelő, többször betakarítható tulajdonsága teszi ígéretessé, mint biofinomításra alkalmas alapanyagot. Fagyérzékenysége következtében hazánkban csak egynyári dísznövény változataival találkozhatunk elvétve, azonban gyors növekedési erélye így is meg tud mutatkozni.
A hazánkban is ismert csillagpázsit (Cynodon dactylon). Száraz homokgyepekben, útszéleken előforduló faj, takarmányként kevésbé ismert. Közepes minőségű szénát ad, fehérjetartalma 9-16% között változik. Tág tűrése és alkalmazkodó képessége miatt azonban kedvelt takarmány a trópusokon. Az egyszerű fajtákat magvetéssel szaporítják, a nagy hozamú hibrideket viszont vegetatív úton, rizómadarabokkal. Növekedési habitusa következtében jól tűri a taposást, így legeltetésre kifejezetten kedvelt. Rizómája és gyökerei sűrűn beszövik a talaj felső rétegeit, ezért az erózióvédelemben is alkalmazott növény.
A guineai fű (Panicum maximum) szintén évelő, afrikai eredetű takarmánynövény. Jó szárazságtűrésének és alkalmazkodó képességének köszönhetően számos trópusi országban termesztik. Egyes fajtái szilázskészítésre is alkalmasak. Az újabb eredmények azonban kedvezőtlen hatású beltartalmi összetételéről, magas oxálsav- és fitinsavtartalomról számoltak be.
A felsorolt növényfajok egy részével (pl. elefántfű) már meg is kezdődtek kísérletes munkák a Viçosa Egyetemen magyar kutatók útmutatásával, folyamatos konzultációkkal. Élő kapcsolat jött létre az EMBRAPA kutatóival a lehetséges kutatási együttműködések felkutatása és megkötése érdekében. Továbbá folyamatban van egyetemek közötti kutatói/hallgatói csereprogram megvalósítása Brazíliából azért, hogy tapasztalatokat gyűjthessenek a feldolgozás, a termékfejlesztés és a biokémiai mérések területén.
Összességében a szerteágazó felhasználási módokat összehangolva és a zöld biofinomítás szemléletébe illesztve értékes, új hasznosítási módokra derülhet fény, újabb lépéssel lehetünk közelebb a bioalapú ipar felépítéséhez és körforgásba vételéhez hazánkban és Brazíliában egyaránt. A brazil és magyar kutatók ezen az úton tesznek újabb lépéseket.
Kovács Zoltán1; Edgard Picoli2; Fári Miklós Gábor1; Domokos-Szabolcsy Éva1
1Debreceni Egyetem, MÉK, Debrecen, Magyarország
2Viçosa-i Szövetségi Egyetem, Viçosa, Brazília
