Nieuws
Agenda

Opschaling van bio-aromaten onderzoek en applicatieontwikkeling met de industrie

Het had een fysieke ontmoetingsplek moeten worden, maar het 8e Biorizon Annual Event in Rotterdam pakte anders uit dan verwacht. Voor 300 online volgers, maar in een lege vergaderruimte, presenteerde het Biorizon-team (en een spreker van LEGO) de vooruitgang in het ontwikkelen van waardeketens voor bio-aromaten. Deze ontwikkeling verloopt voorspoedig.

Aromaten zijn veel voorkomende chemische bouwstenen, vaak voor zogenaamde ‘prestatieproducten’, zoals kunststoffen, coatings en harsen. Ze worden meestal gemaakt van fossiele grondstoffen. Via het Biorizon-programma werken onderzoeksinstituten TNO (Nederland) en VITO (België) al acht jaar samen met de industrie aan de ontwikkeling en opschaling van duurzame alternatieven.

“Het gaat om het ontwikkelen van bio-aromaten uit suikers of lignine, of via de thermochemische route. We laten fossiele grondstoffen achter ons en gaan via nieuwe processen en chemie naar nieuwe, vaak betere producten uit biobased grondstoffen”, vatte gastheer Joop Groen (directeur van Biorizon) het samen.

Het doel is om in 2025 te starten met de commerciële productie. En dat gaat goed, blijkt uit de resultaten tot nu toe. De meeste studies hebben de pilot- of demofase bereikt en werken al samen met partners aan applicatieontwikkeling. Het heeft ook al geleid tot de oprichting van een eerste start-up: Relement, dat in 2020 van start ging en commercieel opschaalt en op suiker gebaseerde bio-aromaten op de markt brengt.

Tijdens het jaarlijkse evenement lichtten de managers van de drie onderzoeksrichtingen of ‘horizonten’ zoals ze binnen Biorizon worden genoemd, de huidige stand van zaken toe.

Thermochemische horizon

Jaap Kiel, manager thermochemische horizon binnen Biorizon: “In onze programmalijn richten we ons eerst op de coproductie van BTX bij vergassing van houtige biomassa of afvalplastics. We onderzoeken ook de valorisatie van lignine en ligninerijke biomassa via thermochemische depolymerisatie door pyrolyse, gevolgd door fractionering via gefaseerde condensatie.” Het onderzoek vindt plaats op de Green Chemistry Campus in Bergen op Zoom en bij TNO in Petten.

Het resultaat: groene en circulaire BTX (benzeen, tolueen en xyleen). Dit zijn bouwstenen voor onder andere polyesterproductie. Kiel: “Dit verbetert de business case voor biomassavergassing en we kunnen ook de downstream verwerking vereenvoudigen.”

Kiel noemde het internationale BIORECEPY-project (https://www.biorizon.eu/projects/biorecepy-project-biomass-for-renewable-energy-and-chemicals-via-pyrolysis) als voorbeeld. Daarin wordt lignine uit walnootschalen en bioraffinaderijen omgezet in toepassingen zoals biobrandstoffen voor de scheepvaart en de productie van autobanden en epoxyharsen.  Het project wordt financieel ondersteund door de Nederlandse TKI Biobased Economy (TKI-BBE).

Lignine horizon

Waar de thermochemische horizon vooral gebruik maakt van laagwaardige grondstoffen, richt de ligninehorizon zich op de katalytische depolymerisatie van hoogwaardige lignines. Zaakvoerder Karolien Van Broekhoven: “Er is niet één type lignine, maar een breed scala van verschillende fabrikanten, met verschillende eigenschappen en kwaliteiten. Ze zijn verkrijgbaar als poeders, extracten of oliën, hebben verschillende molecuulgewichten en verschillende niveaus van koolhydraten of as. De oplosbaarheid in oplosmiddelen varieert ook.” De geschiktheid voor verschillende toepassingen varieert dan ook. Dat maakt het onderzoek complex en uitdagend. Daarom hebben we een database opgebouwd waarin we al onze kennis en ervaring op dit gebied centraliseren en al deze verschillende soorten lignine karakteriseren. Dat is op zich al heel waardevol.

“De aromaten die we maken van lignine bestrijken het hele gamma van harde epoxyharsen tot elastomeren en zachte lijmen, allemaal met hun eigen toepassingen”, zegt Van Broekhoven. Om het proces te versnellen, zijn tot nu toe enkele kilo’s monsters geproduceerd voor toepassingsontwikkeling in een reactor van het Duitse Fraunhofer-instituut. Volgend jaar (2022) moet er voldoende materiaal beschikbaar komen als de nieuwe LignoValue Pilot Plant bij VITO in Mol (België) operationeel wordt.

Inmiddels zijn er onlangs twee projecten gestart die gebruik zullen maken van bio-aromaten die ontwikkeld zijn in de ligninehorizon:

In het Europese LIFE VIABLE-projectwordt een duurzaam alternatief ontwikkeld voor op BPA gebaseerde epoxyhars, die wordt gebruikt in composietmaterialen voor de auto-industrie.

In het door BBI JU gefinancierde LIGNICOAT-projectworden functionele coatings op basis van lignineharsen en biobased additieven ontwikkeld. Ze moeten leiden tot een betere brandveiligheid, corrosiebestendigheid en biologische weerstand.

Suiker Horizon

Binnen de suikerhorizon is een platform ontwikkeld voor de efficiënte productie van bio-aromaten uit furfural, gewonnen uit hemicellulose, een reststroom uit bioraffinaderijen. Een eerste product, MPA, wordt momenteel gecommercialiseerd door de start-up Relement, die eind 2020 werd opgericht.

“We werken nu aan een nieuwe generatie bioaromatica op basis van furan en een ontwikkelingsplatform voor biofenol”, zegt Paul Könst, manager van de suikerhorizon. “In 2022 verwachten we hiermee de eerste gebruikersmonsters te kunnen leveren.”

Er wordt ook gewerkt aan furanproducten die direct in producten kunnen worden gebruikt. Könst verwacht volgend jaar in zee te gaan met een grote, maar naamloze fabrikant van consumentenproducten, die de nieuwe furanische bouwstenen ook daadwerkelijk wil toepassen.

Ook interessant is de samenwerking in het nieuwe BRIGHT COATINGS project. Het doel is om een lokale waardeketen te creëren voor de productie van een 100% biobased alkyd coating. Bedrijven als Cosun Beet Company, Vertoro en Lenzing leveren hiervoor hemicellulose. Relement verandert het in bio-aromaten op een schaal van 100 kilogram. Grondstofleverancier Worlée en verfproducent Baril maken er een alkydhars van die vervolgens door Straalbedrijf Boxtel wordt gebruikt als oppervlaktebescherming voor een voorlader, een bouwmachine die zal worden gebruikt om te bestuderen hoe de coating zich in de praktijk gedraagt.

Speelgoed

Een bedrijf dat al jaren bezig is met het verduurzamen van zijn producten is LEGO. Nelleke van der Puil, Vice President Materials van LEGO, vatte de toezeggingen van deze speelgoedfabrikant samen in haar key-note speech tijdens het Biorizon-evenement. Zo moeten alle LEGO stenen in 2030 van duurzame materialen zijn gemaakt. Verpakkingen moeten in 2025 duurzaam en volledig recyclebaar zijn. De CO2-uitstoot moet in 2032 met 37% zijn verminderd.

Circulariteit wordt de standaard. En biobased grondstoffen zullen “superbelangrijk” zijn om duurzame groei te realiseren. Niet zozeer omdat consumenten het willen. Uit ONDERZOEK van LEGO blijkt zelfs dat het consumenten niet kan schelen of hun LEGO-blokken van biobased oorsprong zijn. Wel verwachten ze van fabrikanten dat ze duurzame producten maken en daarom experimenteert LEGO zowel met bioplastics als met recycling en hergebruik. “De eigenschappen van die materialen zijn heel belangrijk, want je maakt niet zomaar een LEGOblokje. Het moet sterk en veilig zijn, zijn vorm behouden en er aantrekkelijk uitzien.”

Zo lanceerde LEGO in 2018 ‘botanicals’ (blokjes in de vorm van bomen en struiken, red.) gemaakt van bio-PE. Consumenten reageerden daar positief op. “We gaan het gebruik van bio-PE nu ook uitbreiden naar andere elementen. Maar we willen ons niet committeren aan één oplossing. We willen verschillende opties testen en er ervaring mee opdoen.”

In de praktijk betekent het kijken naar PLA, r-PET, ABS met gerecycled materiaal, PEF en andere kunststoffen. “We willen leren werken met deze materialen, matrijzen ontwerpen, de omstandigheden in de productieomgeving controleren en verschillende machineconfiguraties testen. Er zijn dus nog veel vragen die we moeten beantwoorden voordat we nieuwe materialen in massaproductie nemen. Maar wat wel duidelijk is, is dat de circulaire waardeketen grote kansen biedt voor LEGO producten, biobased polymeren zijn daar een essentieel onderdeel van.”

Toekomst

“Er is momentum voor de circulaire en biobased transitie”, concludeerde Joop Groen in zijn slotopmerking. “En we hebben in de presentaties gezien dat er veel vooruitgang wordt geboekt. Dat hebben we onder andere te danken aan de goede samenwerking, de fantastische faciliteiten, een team van experts, de betrokkenheid van de hele waardeketen voor aromaten, het feit dat we werken aan drop-ins en nieuwe bio-aromaten en de meer dan 500 leden van de Biorizon Community.”

De toekomst van Biorizon ziet er dan ook rooskleurig uit. “We hebben nu een bescheiden Biorizon Application Center op de Green Chemistry Campus. Dat willen we uitbreiden om nog intensiever met de industrie aan toepassingen te werken. Ook willen we meer inzetten op onderzoek naar circulaire aromaten. We denken dat we daar een meerwaarde kunnen bieden. Bij beide activiteiten gaan we intensiever samenwerken met de industrie. Dat kan nu onze monsters groeien. Maar laten we niet vergeten dat we dit in de eerste plaats doen om onze kinderen een gezondere en veiligere toekomst te geven.”

Heb je het Biorizon Annual Event gemist? Bekijk het nu op het YouTube-kanaal van Biorizon.

Bron: www.biorizon.eu