Biobased producten: op zoek naar het optimale proces

De wetenschap is op veel manieren betrokken bij de transitie naar de biobased economy. Die transitie niet eenvoudig, want fossiele grondstoffen zijn niet simpelweg inwisselbaar voor biomassa als grondstof. De kunst bij het produceren van biobased producten is, per eindproduct het optimale proces te vinden.

Er zijn twee manieren om moleculen uit biomassa om te zetten tot bouwstenen voor biobased producten. De ene manier is de biotechnologische, waarbij we bacteriën, enzymen en gisten aan het werk zetten. De andere manier is de chemische. Beide processen hebben voor- en nadelen. Het voordeel van biotechnologie is dat micro-organismen zeer selectief hun werk doen: uit een veelvoud van moleculen in biomassa zetten ze precies het juiste suiker om. Het nadeel is dat micro-organismen traag zijn. Dankzij chemische processen kunnen we bij onder hogere temperaturen veel meer moleculen per uur omzetten. Alleen zijn chemische processen nog niet goed instaat om uit die veelvoud van moleculen de juist te kiezen om om te zetten.

Bestaande chemicaliën uit biomassa

Bij de zoektocht naar het optimale proces speelt mee dat fossiele grondstoffen niet één-op-één te vervangen zijn door biomassa. Een groot verschil met elementen uit fossiele grondstoffen is dat biomassa veel meer zuurstof en stikstof bevat.

Uit biomassa kunnen we bestaande chemicaliën maken, de zogenoemde drop-in-chemicaliën. Maar dat moet dan wel gecontroleerd gebeuren, zodat een chemische bouwsteen ontstaat die qua verhouding koolstof, waterstof en zuurstof in de buurt komt van bekende chemicaliën uit fossiele grondstoffen. We moeten moleculen uit biomassa dan flink modificeren.

Jacco van Haveren: ’Chemicaliën op basis van biomassa kunnen geheel eigen structuur en eigenschappen hebben.’

Nieuwe chemicaliën uit biomassa

Een andere optie is dat we volledig nieuwe chemicaliën gaan maken uit biomassa. Biomassa bevat meestal prachtige moleculaire structuren met andere eigenschappen die we gewend zijn. Melkzuur is een van de nieuwe chemicaliën die uitstekend geschikt zijn voor de productie van biobased producten. Die producten moeten natuurlijk minstens net zo goed zijn als producten uit fossiele grondstoffen en liefst beter voor milieu en portemonnee. We moeten dus meer te weten komen over die bouwstenen uit biomassa en de verwerking daarvan tot biobased producten, zoals bioplastics, verfstoffen, textiel en onderdelen voor de auto-industrie. Zie ook onderstaand filmpje van Ruud Weusthuis, universitair hoofddocent Bioprocess Engineering.

De rol van de wetenschap in de biobased economy volgens Ruud Weusthuis

Ruud Weusthuis: ‘Op zoek naar de ideale route om biobased producten te maken’

Planten als basis

In de biobased economy zijn planten als basis voor biomassa onmisbaar. Masterstudent Rachel Schipper omschrijft ze als complexe chemische fabrieken met zonnepanelen, die CO2 vastleggen in de vorm van suikers en verbindingen die daarvan zijn afgeleid. Hoe efficiënter dit proces verloopt, hoe beter planten te gebruiken zijn als bron van grondstoffen, eiwitten en energie. Alleen zijn planten niet allemaal even efficiënt in het vastleggen van CO2 en in het efficiënt gebruiken van hulpbronnen, zoals nutriënten, water en zuurstof. Plantenveredelaars zijn daarom binnen plantensoorten voortdurend op zoek naar individuele planten die over een aantrekkelijke mix van eigenschappen beschikken. Door soorten te kruisen, ontstaan weer nieuwe soorten die beter te gebruiken zijn in de biobased economy. Wagenings onderzoek naar het optimaliseren van miscanthus voor de productie van bio-energie, is een goed voorbeeld daarvan.

Rachel Schipper: ‘Zo gunstig mogelijke eigenschappen in één plantenras samenbrengen. Dat is het doel van plantenveredelaars in de biobased economy.’

Luisa Trindade: ‘De investeringskosten van miscanthus kunnen omlaag door het te veredelen tot een gewas dat met zaad te vermeerderen is.’

Biomassa nog aan het begin

De chemische industrie heeft de afgelopen 150 jaar veel kennis opgebouwd over de productie van basischemicaliën uit aardolie. Vergeleken daarmee staat het onderzoek naar biomassa als bron van chemische bouwstenen nog maar aan het begin.

De gebruikte video’s zijn onderdeel van de online collegereeks ‘Op naar een biobased samenleving’. Hierin maken middelbare scholieren kennis met Biobased Economy en worden zij uitgedaagd mee te denken over een Biobased samenleving.

Ik hoor graag uw reactie.