Mensen realiseren het zich niet, maar als het gaat om de tonnages van papier, karton, natuurrubber, wol, katoen, zijde, hebben we het echt over meer dan alle kunststoffen die uit de chemie komen. En dan heb ik het niet eens over hout als constructiemateriaal, of als biomassa-bijstook. Biobased is al lang volwassen.‘
Minstens 6 tot 7% van alle producten die chemische bestanddelen bevatten, is bovendien al biobased. ‘Denk aan allerlei zepen voor de personal care markt, maar ook aan oplosmiddelarme verven uit de bouwmarkt, vliegtuigbanden van natuurrubber en brandstofslangen bij de benzinepomp. Bijna niemand weet dat die van biobased nylon-11 zijn gemaakt. Dat heeft de beste combinatie van hittebestendigheid, mechanische sterkte en barrière-eigenschappen. Zulke producten zijn al jaren op de markt, omdat ze simpelweg de beste price/performance ratio hebben. De natuur outperformt de petrochemie!’
Behoud van functionaliteit
De uitdaging is nu volgens Van Haveren om de andere 93% ook biobased te maken. ‘Daar werken wij aan bij Wageningen Food & Biobased Research. Onze filosofie is dat we daarbij zo veel mogelijk de structuur en functionaliteit behouden die van nature in de biomassa aanwezig is. In dat opzicht verschillen we van de petrochemie. Die heeft een ander perspectief: aardolie bevat koolstof en waterstof. Daar zet de chemische industrie vervolgens één voor één andere elementen in: zuurstof, stikstof, chloor of zwavel.’
Biomassa bevat van nature vaak al zuurstof en stikstof, naast koolstof en waterstof. ‘Die laten wij er in onze ontwikkelingen zo veel mogelijk in. Eerst alle zuurstof en stikstof eruit halen en dan weer terugzetten, is inefficiënt.’ Van Haveren is dan ook geen voorstander van technieken als de pyrolyse van biomassa. ‘Daarbij wordt eerst door verhitting alle functionaliteit uit de biomassa verwijderd, om er een soort aardolie van te maken, die vervolgens op de standaard petrochemische manier moet worden omgezet naar andere stoffen. Dat kost twee keer energie.’
Mildere processen
Zo weinig mogelijk transformaties uitvoeren met biomassa, is het uitgangspunt. Daardoor is vaak ook met mildere processen te werken, die minder energie gebruiken en dus minder CO2 uitstoten. Van Haveren is ervan overtuigd dat dit de enige duurzame weg is, ook vanuit economisch oogpunt.
Een voorbeeld van zo’n duurzaam proces is het gebruik van natuurlijke polymeren, zoals cellulose en zetmeel. ‘Die kun je op een eenvoudige manier derivatiseren en dan in bijvoorbeeld verven gebruiken, om de viscositeit in te stellen. Op een vergelijkbare manier werken wij samen met Cosun en een producent van vaatwasmachinetabletten aan het vervangen van synthetische poly-acrylaten door polysacchariden. Voor het vervangen van producten die grootschalig worden gebruikt in de kunststofindustrie, heb je soms wat meer chemische omzetting nodig, maar we proberen dat altijd op een milde manier te doen.’
Dat gebeurt bijvoorbeeld bij de productie van furaandicarbonzuur (FDCA), de grondstof voor PEF, een biobased alternatief voor PET. ‘Wij hebben eigen technologie op dat gebied ontwikkeld en ondersteunen bedrijven als Corbion, ADM en Avantium. Het komt hierop neer: je haalt watermoleculen uit je suikermolecuul, oxideert het chemo-katalytisch of biotechnologisch en dan heb je FDCA. Het suikermolecuul blijft dus grotendeels intact. Op die manier gebruik je de zuurstof die al in je biomassa zit.’
Nieuwe materialen
Bio-PET maken door biomassa om te zetten tot BTX lijkt een minder verstandige keuze. ‘Dat is de ouderwetse route: je zet eerst biomassa om in een soort pyrolyse olie waar je een deel xyleen uit kan halen en dat oxideer je dan naar tereftaalzuur. Wij geloven dat je beter direct naar FDCA kunt gaan. PEF heeft uiteraard andere eigenschappen dan PET, maar we zullen in de toekomst toch naar nieuwe materialen met nieuwe functionaliteiten moeten gaan.’ Wat dat betreft is PEF ook een uitstekend voorbeeld; het heeft betere gasbarrière eigenschappen dan PET.
De chemicus heeft dan ook twijfels over het produceren van biobased drop-in chemicaliën: ‘In veel gevallen is dat een doodlopende weg. We moeten ook nadenken waar we biobased producten voor willen gebruiken. Gaat het om een duurzaam product dat meer dan vijf jaar meegaat en niet afbreekbaar mag zijn, dan is een drop-in oplossing prima. Maar zoiets als biobased polyethyleen ontwikkelen voor plastic broodzakjes, is niet slim. Dan kun je beter zoeken naar een nieuw product dat ook afbreekt in het milieu.’
Biobased heeft ook echt een duidelijke meerwaarde in het vervangen van potentieel toxische stoffen, zoals oplosmiddelen. ‘De perceptie is in ieder geval dat biobased chemie de meeste kans heeft om minder toxisch te zijn.’
Voldoende biomassa
De volledige petrochemie laten overschakelen naar biobased oplossingen klinkt ambitieus. Daarbij laait altijd weer de discussie op over de vraag of er op aarde wel voldoende biomassa is en of industrieel gebruik de voedselproductie verdringt. Van Haveren: ‘Jaarlijks wordt er nu al 600 tot 700 miljoen ton biomassa gebruikt in materialen en chemie. Als je dat beseft, accepteer je misschien gemakkelijker dat die resterende 300 miljoen ton ook wel uit biomassa kan komen. Dat hoeft niet allemaal in Nederland te groeien. Aardolie komt ook niet uit Nederland.’
Bovendien hoeft er geen sprake te zijn van verdringing. ‘We telen in ons land jaarlijks miljoenen tonnen suikerbieten en aardappelen, die niet allemaal nodig zijn voor voeding. Waarom zou je het surplus niet kunnen gebruiken voor de chemie? Niemand vindt het vreemd dat behangplaksel uit aardappelen wordt gemaakt, maar zodra het om nieuwe producten gaat, ontstaat discussie. Wij als wetenschappers in Wageningen moeten daar buiten blijven en ons aan de feiten houden. Dat is onze missie.’
CO2 als grondstof
Naast biomassa biedt ook CO2 perspectief als grondstof voor de (chemische) industrie. Deze CO2 kan een bijproduct zijn van biobased processen, bijvoorbeeld de fermentatieve productie van bio-ethanol of biobutanol. Hij kan ook afkomstig zijn vanuit fossiele grondstoffen, zoals koolstofhoudende gassen uit de staalindustrie. Van Haveren: ‘Deze technologie is op dit moment nog minder ver ontwikkeld dan de omzetting van biomassa naar biobased chemicaliën, maar kan op termijn het palet aan alternatieve grondstoffen en producten complementeren.’
