Biobased chemicaliën, nog veel mogelijkheden voor ontwikkeling

De voordracht van Dr. Laura Ruohonen van het Finse onderzoekscentrum VTT, afgelopen maart op de World Bio Markets conferentie in Amsterdam, gaf mij nieuw perspectief op de biobased economy. Er zijn heel veel nog niet onderzochte biobased chemicaliën en polymeren – we beginnen nog maar net te zien wat de toekomst voor ons in petto kan hebben. Tenminste, dat was mijn conclusie uit haar speech.

Natuurlijk prees Dr. Ruohonen haar instituut VTT aan als dienstverlener voor biobased bedrijven. VTT ‘trekt goed op met zijn klanten en heeft veel ervaring met het werken met de industrie’, en kan ‘R&D uitvoeren inspelend op behoeften van bedrijven en markten, en strategische kennisposities ontwikkelen.’ In hun ontwikkelingscentrum Bioruukki hebben ze de beschikking over 70 bioreactoren, van ½ tot 1200 liter. Ze hebben kennis over een breed terrein: duurzame energie, innovatieve bewerking van biomassa, recycling, en nieuwe wegen naar biobased chemicaliën. Er zijn ook andere centra die zulke diensten verlenen. Maar het opmerkelijke van haar speech zat in haar voorbeelden.

Hemicellulose
Hemicellulose is een van de meest onbekende biobased materialen. De enige afbeeldingen ervan bestaan uit zijn structuurformule.

Biobased chemicaliën uit hemicellulose

De ontwikkeling van nieuwe producten uit D-xylose leek mij veelbelovend. Deze suiker is het belangrijkste bestanddeel van hemicellulose, een van de stoffen waaruit hout bestaat. Steeds meer hout wordt verwerkt tot biobased chemicaliën (bijvoorbeeld ethanol uit cellulose); en daardoor komt steeds meer xylose op de markt. Ook hieruit kunnen we bio-ethanol maken (hoewel minder eenvoudig dan uit cellulose) – maar we zouden er misschien veel leukere dingen mee kunnen doen. Bijvoorbeeld omzetten in xylitol, de zoetstof. Of in D-xyloonzuur (zie noot). Deze stof heeft vele toepassingen: als complex- en chelaatvormer, als grondstof voor het maken van 1,2,4-butaantriol en glycol; bij het maken van co-polyamiden, polyesters en hydrogels; en als klaringsmiddel voor polyolefinen. VTT onderzoekt omzetting van D-xyloonzuur in basischemicaliën.

Ik begrijp het belang van het vinden van betere toepassingen van C5-suikers dan omzetting in ethanol. D-xyloonzuur is interessant als tussenstof. Maar ik kan me voorstellen dat het vinden van kansrijke toepassingen samen met de industrie moet plaats vinden. Hoe doet u dit? ‘C5 chemicaliën,’ antwoordde professor Ali Hardin, ‘zijn zeer kansrijk doordat ze niet bijzonder veel worden gemaakt in krakers. Ook een paar stoffen met lage opbrengst zijn interessant. Bijvoorbeeld butadieen uit xyloonzuur. Maar we kunnen helaas niet dieper op deze materie ingaan vanwege betrokkenheid van de industrie bij dit onderwerp.’

Pectine als grondstof voor biobased chemicaliën
Pectine wordt veel gebruikt als geleermiddel, maar kan ook een grondstof zijn voor biobased chemicaliën.

Pectine, een ruimschoots aanwezige biobased grondstof

Er liggen ook veel kansen bij de ontwikkeling van biobased chemicaliën en producten uit pectine. Dit is een polysacharide dat voorkomt in fruit en gewassen als suikerbiet (zie ook ons interview met Ad de Laat van Cosun). VTT schat dat de jaarlijkse wereldproductie uit suikerbieten ca. 250 miljoen ton bedraagt, en uit citrusfruit ca. 115 miljoen ton. ‘Pectine als zodanig heeft traditionele toepassingen en kan natuurlijk worden gebruikt in nieuwe lijmsoorten,’ zegt professor Harlin per e-mail. ‘Maar wij hebben vooral belangstelling voor zijn galacturonzuur, dat wordt omgezet in galactaarzuur, in het Duits ook wel slijmzuur genoemd (biotechnologisch patent VTT). Slijmzuur kan wijnsteenzuur vervangen in zelfrijzend bakmeel. Het is een grondstof geweest voor adipinezuur en route naar nylon door een deoxydehydraterende reactie, met een rheniumkatalysator. Maar we hebben ook een mooie weg naar FDCA gevonden: een biochemische selectieve omzetting naar slijmzuur, eenvoudig af te scheiden, en dan een katalytische omzetting naar FDCA, waarvan VTT het patent heeft. De resultaten zijn veelbelovend, met een zeer aantrekkelijke omzetting en grote selectiviteit. VTT heeft ook unieke kennis over de omzetting in muconzuur, waaruit bioplastics kunnen worden gemaakt zoals nylon-6,6, polyurethaan en PET (polyethyleentereftalaat).’

En verder maakt VTT zich sterk voor polyglycolide (polyhydroxyazijnzuur). Dit is een biologisch afbreekbare polymeer, in het verleden vooral gebruikt voor chirurgisch draad dat in het lichaam wordt opgenomen. Maar door een andere samenstelling en door combinatie met andere materialen, wordt de stof nu vanwege zijn sterkte ook gebruikt in verpakkingsmateriaal. Kortom, de ontdekking van nieuwe wegen naar nieuwe biobased chemicaliën en materialen is nog maar net begonnen.

Noot: het Nederlands lijkt minder te beschikken over triviale namen voor chemische stoffen dan het Engels. De namen xyloonzuur, galactaarzuur en polyglycolide zijn rechtstreeks overgenomen uit het Engels, en de naam slijmzuur uit het Duits. De redactie staat open voor betere suggesties.

(Visited 3 times, 1 visits today)

Plaats een reactie