De plant als producent van platformchemicaliën
Door Ingrid Van der Meer
Kijk eens om u heen. Hoeveel kunststof materialen telt u? Alleen al rond mijn werkplek tel ik er tientallen, van het toetsenbord waarop ik dit verhaal typ en het bureaublad tot de plastic pennen in het kunststof pennenbakje. Al die materialen worden nu nog uit aardolie gemaakt. Laatst las ik dat de hoeveelheid aardolie in de wereld elke seconde met duizend vaten afneemt. Op een totale reserve van naar schatting bijna 1.500 miljard vaten lijkt dat misschien niet zo schokkend, maar er komt een moment dat het opboren van aardolie meer kost dan het oplevert. En dan moeten er alternatieven voorhanden zijn. In dit artikel kijk ik naar de plant als producent van platformchemicaliën.
Polymeren
Het lastige is dat je voor de productie van kunststoffen chemicaliën nodig hebt. Rafel je kunststoffen uiteen, dan zie je dat ze uit polymeren bestaan. En die polymeren bestaan weer uit verschillende monomeren waarvan sommige aan hetzelfde startmolecuul zijn gekoppeld. Die startmoleculen noemen we platformchemicaliën. Deze basisbouwstenen van de chemie maken we nu nog uit aardolie.
Biomassa
Gelukkig bestaat er voor veel van deze chemicaliën een volwaardig alternatief: biomassa. Logisch, want net als biomassa is ook aardolie deels plantaardig materiaal, alleen dan van miljoenen jaren oud. Collega-onderzoekers binnen Wageningen University & Research gebruiken bioraffinagetechnologieën om componenten van deze biomassa uit elkaar te halen. Vervolgens worden conversietechnologieën gebruikt om deze componenten om te zetten in een breed scala aan biobased producten. Je kunt daarbij denken aan brandstoffen, chemicaliën, polymeren en vervolgens materialen.
Daarnaast kunnen ook de suikers uit biomassa gebruikt worden om via micro-organismen in een fermentor de gewenste groene bouwstenen te produceren. Wij hebben ontdekt dat in sommige gevallen de plant zelf platformchemicaliën kan produceren. De fermentatiestap is dan niet nodig. Een mooi voorbeeld is de productie van de itaconzuur in planten. Bedrijven uit de polymerenindustrie zijn zeer geïnteresseerd in dit platformmolecuul, dat als basis kan dienen voor bijvoorbeeld kunststof coatings en vezels. Wij hebben bewezen dat aardappels dit organische zuur kunnen produceren, zonder dat dit ten koste gaat van andere gewenste processen, zoals de groei van de aardappels en de productie van zetmeel. We hebben hiervoor een gen gebruikt van de enige schimmel die itaconzuur produceert. Dit gen hebben we aangepast en in de plant geplaatst.
Platformchemicaliën
Er zijn meer chemische bouwstenen die planten zelf kunnen produceren. Zo doen we ook onderzoek naar caprolactam, een molecuul dat als basis dient voor nylon 6. Een ander voorbeeld is fructose als basis voor allerlei furaanachtige toepassingen, zoals het biobased alternatief voor de bekende petfles. Zo volgen we meerdere lijnen van onderzoek.
Samen met mijn collega’s ben ik ervan overtuigd dat we veel meer uit planten kunnen halen dan we nu doen. De productie van platformchemicaliën heeft daarbij enorm veel potentie. Daarom werken we binnen de topsector AgriFood samen met de overheid en bedrijven aan de ontwikkeling van nieuwe technologie. Wat de beste technologische weg is, verschilt per molecuul. Soms kan de plant zelf uitstekend het werk doen, soms is fermentatie de beste route. En in weer andere gevallen ligt een chemisch omzettingsproces voor de hand.
Zo worden we stap-voor-stap minder afhankelijk van aardolie. Ik vind het elke dag weer een mooie uitdaging om daar aan bij te dragen.
Graag hoor ik ook uw reactie.
Itaconzuur:
- Platformchemicaliën in planten: caprolactam precursors en itaconzuur
- Productie van platformchemicaliën door planten
- Plants as Solar-Powered Biofactories
Caprolactam:
Rubber en inuline: