Samenwerking helpt verduurzaming van de industrie een stap vooruit

Samenwerken met de industrie is niet vanzelfsprekend, zo betoogde microbioloog en schrijver/columnist Rosanne Hertzberger die als dagvoorzitter van het symposium optrad en meteen de knuppel in het hoenderhok gooide. Als het gaat om het vertrouwen van het algemene publiek, staat wetenschap ergens bovenaan en bungelt de industrie onderaan. Deels vanwege 'industrial storytelling': de prachtige verhalen van bedrijven over de duurzaamheid van hun producten of processen, bijvoorbeeld over 'verantwoord vliegen' op biokerosine, of over hoe schoon dieselauto's zijn. Ze investeren -geholpen met overheidssubsidies- grote bedragen in kleine tussenstappen op weg naar de klimaatdoelen. Zo gaan tijd en geld verloren aan oplossingen die volgens Hertzberger geen oplossingen zijn: het opslaan van CO₂ in de (zee)bodem, pyrolyse van biomassa en afvalplastics om 'bionafta' te maken voor de krakers van de grote chemiereuzen, bijstook van biomassa in energiecentrales en de inzet van landbouwgrond voor brandstof of veevoer, in plaats van voedselgewassen. Greenwashing, oordeelt Hertzberger. En dat is hetzelfde als storytelling. Academici werken daar aan mee, stelt zij. De energie-intensieve traditionele chemie komt vooralsnog als winnaar uit de bus, terwijl de biochemie als alternatief een niche is gebleven. De overheid zal de norm moeten stellen, concludeert Hertzberger, want de industrie alleen gaat de grote maatschappelijke uitdagingen niet vanuit zichzelf oplossen.

Dat neemt niet weg dat daar wel dagelijks hard aan wordt gewerkt, zo blijkt uit vier 'biobased research' programma’s van de WUR, die tijdens het symposium de revu passeerden.

Veilige en circulaire biobased producten

Jacco van Haveren (WUR), manager van het programma Safe and Circular Biobased Products beet het spits af. Het gaat in dit programma om het vervangen van producten op basis van fossiele grondstoffen door hernieuwbare, biobased alternatieven die ‘by design’ tegelijk ook veilig en circulair zijn. Denk aan pigmenten, coatings en composieten, maar ook aan middelen die bij gebruik in het rioolwater belanden, bijvoorbeeld wasmiddelen en producten voor persoonlijke verzorging. “We ontwikkelen dus samen met de industrie technologieën om alle componenten van deze complexe formuleringen, inclusief oppervlakte-actieve stoffen, verdikkingsmiddelen, weekmakers, complexanten en oplosmiddelen op biologische basis en biologisch afbreekbaar te maken, waarbij we in de vroege fase al een toxiciteitsscreening uitvoeren, aangevuld met voorspellende tools voor functionaliteit.”

André van Linden van Akzo Nobel Paints & Coatings, een van die industriële partners in dit programma, vertelde: “We willen graag gaan voor 100% circulariteit, maar zijn onderdeel van de keten en hebben niet op alle onderdelen invloed.” Zo wordt slechts 2% van de ecologische voetafdruk van Akzo bepaald door de eigen operaties. De grootste impact hebben toeleveranciers (46%) en klanten (30%). Ook de end-of-life opties zijn bij verven en coatings beperkt, omdat deze als dunne laag op andere producten worden aangebracht en daarvan niet meer zijn te scheiden. Het aanpassen van de formulering en het vervangen van fossiele grondstoffen door hernieuwbare grondstoffen (zoals bio-aromaten) is wel een optie, maar staat nog in de kinderschoenen en zal stapje voor stapje moeten gebeuren.

Designerpolymeren uit microben

Een benadering die momenteel in de belangstelling staat is de productie van natuurlijke (bio)polymeren door middel van micro-organismen. Onderzoeker Frits de Wolf (WUR) is expert op dat gebied en presenteerde full-mcl-PHA en proteïne-polymeren. Die laatste zijn er al duizenden jaren, denk aan de productie van natuurzijde, collageen, leer, gelatine en caseïne. Maar ze zijn ook nog steeds in ontwikkeling. Tegenwoordig creëert Wageningen Food & Biobased Research designer-polymeren uit gisten of bacteriecellen.

“We ontwerpen en construeren synthetische genen die we in de gistcellen introduceren en die de polymeren voor ons gaan produceren en uitscheiden volgens de instructies van de genetische code”, legt De Wolf uit. “Elke molecuul is daarbij een exacte kopie van de andere.” Het polymeer kan worden geïsoleerd en er zijn zuiverheden haalbaar van 99%. Dat brengt toepassingen binnen bereik op het gebied van bijvoorbeeld voedsel, persoonlijke verzorgingsmiddelen, maar ook farmaceutische toepassingen zoals geneesmiddelen en scaffolds (hulpconstructies) die oplossen in het lichaam.

Hernieuwbare kunststoffen

Kunststoffen zijn overal en dat blijft voorlopig ook zo, volgens Karin Molenveld (WUR), manager van het programma Renewable plastics. Het levert alleen twee problemen op: het gebruik van fossiele grondstoffen die verantwoordelijk zijn voor klimaatverandering en de ophoping van microplastics in het milieu. “Daarom ontwikkelen wij circulaire plastics uit biobased grondstoffen, waarbij we het ontwerpproces beginnen aan het eind.” Dit betekent dat niet de prestatie centraal staat, maar de eis van circulariteit. Zo worden nieuwe kunststoffen ontwikkeld, verwerkt en getest die industrieel te produceren zijn, maar niet accumuleren in het milieu.

Bijvoorbeeld de ‘bio-polyesters van de toekomst’, waarover Patrick Farquet, hoofd Renewables & Biobased Applications van Sulzer Chemtech vertelde. Daarbij wordt o.a. gebruik gemaakt van melkzuur. Het lactaat wordt gezuiverd, en omgezet in lactide (cyclisch dimeer van melkzuur) dat de basis vormt voor de productie van PLA (polymelkzuur). Sulzer heeft een continue proces ontwikkeld voor ringopeningpolymerisatieprocessen waarmee biologisch afbreekbare plastics gemaakt kunnen worden uit cyclische dimeren. Naast PLA is dit proces geschikt voor de productie van PCL (polycaprolacton), PGA (polyglycolzuur) en diverse co-polyesters. Sulzer heeft de technologie inmiddels op pilotschaal geïmplementeerd en kan samples leveren om hiervoor toepassingen te ontwikkelen. Daarvoor is het bedrijf op zoek naar partners.

Nieuwe plastics worden ook op basis van zetmeel gemaakt, de expertise van onderzoeker Fresia Alvarado Chacon (WUR). “Ik verwacht dat de markt voor biopolymeren op zetmeelbasis de komende jaren sterk zal groeien”, zegt zij. “Zetmeel is namelijk een overvloedig beschikbare, hernieuwbare grondstof, die biologisch afbreekbaar is in alle omgevingen, maar ook oplosbaar is in water.” Daarom is er volop gewerkt aan het karakteriseren van zetmeel-gebaseerde kunststoffen, het ontwikkelen van modellen om de eigenschappen van het eindproduct te kunnen voorspellen en aan het verwerken van deze polymeren via extrusie en in een spuitgietmachine. Ook zijn schuimen gemaakt voor bijvoorbeeld eierdozen die ten opzichte van papieren dozen een lager gewicht hebben en daardoor een lagere ecologisch voetafdruk hebben.

Natuurlijke materialen

Gebruik maken van de functionaliteiten die de natuur te bieden heeft en die aanpassen aan de toepassingen die we in het dagelijks leven nodig hebben. Dat is de kern van de activiteiten in het programma Nature based materials. “We krijgen regelmatig de vraag ‘ik heb deze soort biomassa, wat kan ik ermee?'. Natuurlijk kunnen we er verpakkingen van maken en dat gebeurt ook al. Maar belangrijker nog is het om het volledige potentieel te ontwikkelen als onderdeel van duurzame waardeketens”, zegt programma-manager Edwin Hamoen (WUR). Zo zijn er voor specifieke onderdelen van de biomassa toepassingen te bedenken, naast verpakkingen bijvoorbeeld bouwmaterialen, textiel of ingrediënten. Daarbij gaat het zeker niet alleen om technologie, maar om het inzetten van de hele keten, van de productie of inzameling van biogrondstoffen uit landbouw, bosbouw en natuurbeheer via verwerking of ‘pretreatment’ voor de industrie en productie tot het afnemen en verder toepassen van de eindproducten. Het vereist betrokkenheid van lokale partijen uit de gehele keten.

Een goed voorbeeld is biobased bouwen, waarbij lokaal geteelde grondstoffen als hout, Miscanthus en hennep kunnen worden toegepast. Op het initiëren, stimuleren en ondersteunen van zelfstandige regionale en landelijke productieketens voor biobased bouwmaterialen uit deze grondstoffen richt zich het nationale programma Building Balance. Inmiddels lopen er 7 regionale projecten in Nederland.

Arne Eindhoven van het Grondstoffen Collectief vertelde tijdens het Circular Biobased Products Symposium over zijn betrokkenheid hierbij in Gelderland. Daar heeft de provincie de ambitie uitgesproken om 30% van alle nieuw te bouwen huizen biobased te maken. De woningcorporaties doen mee en tientallen Gelderse boeren zijn inmiddels hennep en Miscanthus gaan telen voor de productie van bouwpanelen en isolatiematerialen uit natuurvezels. Ze ontvangen carbon credits als extra (toekomstige) inkomstenbron. Het betekent al snel dat er grotere fabrieken nodig zijn, wat tientallen miljoenen aan investeringen vergt. Dus wordt er met andere regio’s een plan opgezet voor een gezamenlijke vezelraffinaderij. Ook het creëren van vezelcoöperaties om bouwers een centraal aanspreekpunt te geven wordt momenteel bekeken. Verder is er aandacht voor diverse zaken daaromheen, zoals certificatie, hypotheken en vergunningen.

Binderless bouwplaten

Wageningen Food & Biobased Research werkt in de tussentijd ook aan het ontwikkelen van nieuwe biobased bouwmaterialen, zoals binderless bouwplaten. Het zijn panelen die ontstaan door het samenpersen en verhitten van lignocellulose-houdende biomassa. Het toevoegen van bindmiddelen zoals lijm of hars is hierbij niet nodig. Gijs van Erven (WUR) vertelde hoe het initiatief jaren geleden ontstond door een vraag naar het verwerken van kokosnoot-schalen. “Inmiddels begrijpen we ook hoe het mechanisme werkt op moleculair niveau en hebben we de technologie verder ontwikkeld zodat we het proces beter kunnen sturen.” Het werkt nu ook met Nederlandse lokale rest- en zijstromen. Dit maakt het mogelijk om 100% circulair biobased plaatmateriaal te maken in diverse kwaliteiten, vergelijkbaar met MDF of Trespa. Voor het nieuwe project ‘More with binderless’ worden nog industriële partners gezocht om het proces verder te ontwikkelen.

Circulaire watertechnologie

Water is bij het werken met natuurlijke grondstoffen een belangrijke hulpbron en essentieel voor mens, dier, natuur, voedselproductie en een groot aantal industriële processen. Het lijkt op aarde overvloedig aanwezig, maar dat is een misverstand. “Slechts 1% van alle water op aarde is beschikbaar als zoet water”, zegt Irma Steemers-Rijkse, manager van het programma Circular Water Technologies. “Wie krijgt het water als er tekorten zijn, wordt dan ook een belangrijke vraag. Is het voor de landbouw, de industrie, de consument?”

Tegelijkertijd belanden tal van stoffen in het water. Door menselijk handelen en watergebruik komen allerlei schadelijke stoffen, zoals medicijnresten en reinigingsmiddelen in het watermilieu . En de industrie besteedt per jaar een slordige $44 miljard (cijfer 2020) aan chemicaliën voor waterbehandeling, tegen kalk, roest, micro-organismen, of voor vlokvorming bij waterzuivering. Bijna al deze middelen zijn op fossiele basis en niet afbreekbaar. De uitdaging is dan ook het zoeken naar alternatieven die veilig, biologisch afbreekbaar en hernieuwbaar zijn en bij voorkeur uit reststromen worden gemaakt.

Rainer Haug van Kurita, gespecialiseerd in systemen en chemicaliën voor waterbehandeling in de industrie, benadrukt dat deze noodzakelijk zijn voor het beschermen van watersystemen, bijvoorbeeld een koeltoren. Daarin circuleert het water en wordt deze steeds weer opgewarmd en afgekoeld, waarbij continu water verdampt en daardoor de concentratie opgeloste stoffen steeds hoger wordt. Biobased chemicaliën zijn volgens Haug niet per definitie milieuvriendelijker dan fossiele. “Ze kunnen nog steeds aquatoxisch zijn. Daar is geen makkelijke oplossing voor.”. De noodzaak voor een duurzame transitie wordt echter onderkend en ook aan gewerkt door Kurita.

Ben van den Broek van Wageningen Food & Biobased Research doet onderzoek naar biobased (op polysacchariden gebaseerde) antikalkmiddelen voor koelwatersystemen. Kalkvorming tegengaan wordt nu gedaan met fosfaten of polysulfonzuren/carboxylzuren, maar de eerste veroorzaken ongewenste algengroei en bijproducten bij lozing en de tweede zijn per definitie niet bio-afbreekbaar. Gemodificeerd zetmeel en inuline zijn mogelijke vervangers, maar zijn, bij vergaande modificatie, minder goed bio-afbreekbaar. Chitosan en alginaten zijn beide goed bio-afbreekbaar en kunnen zonder modificatie kalk binden. Het gebruik van chitosan en alginaat samen levert synergievoordelen op.

Nieuwe projecten 2024

In 2024 gaat weer een aantal nieuwe projectideeën van start waarin Wageningen Food & Biobased Research samenwerkt met de industrie, onderzoeksinstituten, NGO's en andere belanghebbenden. Zo staan inmiddels 17 nieuwe projecten op de planning binnen de 4 programmagebieden. Daartoe worden publiek-private consortia opgezet. De projectideeën kunnen nog worden aangepast aan de onderzoeksbehoeften van partners die zich bij deze consortia willen aansluiten.