Milieutoxicologen van de Vrije Universiteit Amsterdam concluderen in het meinummer van het blad Green Chemistry dat de productie van de biochemische stof FDCA uit plantenafval geen extra risico voor het bodemmilieu vormt vergeleken met de huidige productie van PET uit aardolie.
De Chinese promovendus Guang Chen onderzocht met Nico Van Straalen en Dick Roelofs van de Vrije Universiteit Amsterdam, in opdracht van Stichting BE-Basic, de giftigheid van drie stoffen voor het bodemmilieu. Daarbij gaat het om tereftaalzuur (TPA), een fossiele grondstof voor de productie van polyethyleentereftalaat (PET) en het op groene grondstoffen gebaseerde 2,5-furaandicarbonzuur (FDCA). Ook onderzochten ze 5-hydroxymethylfurfural (HMF) dat als intermediaire stof nodig is voor de synthese van FDCA.
Niet giftig
Uit de resultaten van het bodemonderzoek blijkt volgens Van Straalen dat FDCA en TPA in normale bodems niet giftig zijn. Het risico voor de bodem zit hem volgens de milieutoxicoloog vooral in de intermediair 5-hydroxymethylfurfural (HMF), dat tijdens de synthese van FDCA wordt gevormd. HMF induceert in het micro-organisme een groot aantal biotransformatie-enzymen, een indicatie voor de omzetting naar een reactief tussenproduct. Gelukkig heeft HMF een erg korte halfwaardetijd: micro-organismen breken de stof binnen twee dagen af. Dit blijkt uit het feit dat de reactiviteit van HMF alleen te meten is in gesteriliseerde bodems.
Een tweede toxicologische onderzoek, van Biodetection Systems in Amsterdam, richtte zich met name op de eventuele hormoonverstorende werking van FDCA. Een bekend probleem dat optreedt bij veel traditionele plastic bestanddelen. Volgens innovatiedirecteur Bart van der Burg van BDS komen echter geen aanwijzingen voor hormoonverstoring naar voren uit onderzoek met humane cellen.
FDCA geregistreerd bij ECHA
FDCA is overigens eerder bij het Europees Chemicaliënagentschap (ECHA) in Helsinki door Avantium geregistreerd in het kader van de Europese stoffenwetgeving REACH. Bedrijven die biochemische stoffen op de markt willen brengen, moeten immers net als producenten van op aardolie gebaseerde stoffen bij ECHA voldoende informatie aanleveren om de stof te laten registreren. Deze verplichting vloeit voort uit REACH, dat staat voor Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals. Doel is om mens en milieu te beschermen tegen de risico’s van de vervaardiging en het gebruik van chemische stoffen. Fabrikanten en importeurs van stoffen dienen de risico’s van het gebruik en de omstandigheden waaronder deze stoffen veilig kunnen worden gemaakt te kennen en in kaart te brengen. Zij zijn verplicht deze gegevens te registreren bij ECHA die ze evalueert en, indien nodig, risicobeperkende maatregelen voorstelt.
Weekmaker
‘Een dossier van ECHA bevat op dit moment echter nog geen onderzoek naar de mogelijke hormoonverstorende werking van de geregistreerde stof’, licht Van der Burg toe. ‘Voor FDCA blijkt die nu dus niet aantoonbaar. In tegenstelling tot een stof als bisphenol A en veel ftalaten. Deze stoffen gebruiken bedrijven bij de vervaardiging van verschillende soorten plastics. Daarover is echter veel discussie omdat deze stoffen volgens sommige toxicologen door hun hormoonverstorende werking risico’s opleveren. De Europese Commissie is zelfs door het Europese Hof van Justitie veroordeeld in een procedure die door Zweden was aangespannen om, bij de beoordeling van stoffen die al bij ECHA zijn geregistreerd, ook de mogelijke hormoonverstorende werking in kaart te brengen.’
Een woordvoerder van Corbion stelt dat FDCA, ook gezien de gunstige toxicologische eigenschappen, een belangrijke toekomstige biobouwsteen is voor de productie van PEF. ‘Daarbij gaat het om een combinatie van FDCA met ethyleenglycol. Hierbij wordt het tereftaalzuur in PET vervangen door FDCA, waardoor een biobased polymeer ontstaat dat PET kan vervangen’, legt de woordvoerder uit.
Verder blijkt volgens hem uit onderzoek dat PEF op diverse parameters gunstiger scoort dan PET. ‘Zo blijven producten langer houdbaar in PEF-verpakkingen door de betere barrière-eigenschappen voor gassen, bijvoorbeeld zuurstof, in vergelijking met PET. Daarnaast is het mogelijk om producten in PEF-verpakkingen te pasteuriseren.’
Enzymen
Van Straalen stelt vast dat de productie van FDCA uit lignocellulose vooralsnog zeker geen eenvoudige zaak is. Het materiaal is weliswaar in grote hoeveelheden verkrijgbaar uit de reststromen van de suikerriet- en palmolie-productie, evenals uit allerlei vezelrijke plantmaterialen die als afval vrijkomen uit de land- en bosbouw, zoals stro, hout en riet. Tegelijkertijd is het verknoopt met ligninemoleculen. ‘De bottle neck van het proces is om deze lignocellulose af te breken’, legt Van Straalen uit. ‘Dat gebeurt nu op een milieu-onvriendelijke manier met logen en zuren. Daarom onderzoeken wij de mogelijkheid om hiervoor enzymen te gebruiken.’
Volgens Van Straalen staan we echter nog behoorlijk ver af van een industriële toepassing, bijvoorbeeld als materiaal voor plastic flessen. ‘Maar ik kan mij voorstellen dat Corbion met een proefproject aan de slag wil, net als andere bedrijven binnnen het publiek-private samenwerkingsverband die ook proefprojecten draaien op diverse gebieden.’
Het onderzoek dat op gebied van FDCA plaatsvindt, bevat diverse schakels om inhoudelijk de hele keten richting 100 procent biobased PEF op te bouwen. Zowel industrie als wetenschap vervullen daarin een belangrijke rol.
