Groene chemicaliën
Wageningen Climate Solutions
Fotografie: Shutterstock
DOOR Arjan Paans - September 2019
Oplosmiddelen, verfproducten en coatings zijn bijproducten van aardolie. Nu we de komende jaren meer los zullen komen van fossiele grondstoffen, kijkt ook de chemische industrie naar producten op basis van biomassa. De chemie heeft een groene impuls nodig. WUR-wetenschappers werken aan deze alternatieven.
Wageningen is meer dan landbouw alleen, zegt Jacco van Haveren, programmamanager Biobased Chemicals aan Wageningen University & Research. En als we kijken naar hoe Wagenings onderzoek kan bijdragen aan de beperking van de CO2-uitstoot, dan loont het de moeite om te kijken naar de industrie- en energiesector, zegt hij. “De landbouw is in de CO2-discussie verantwoordelijk voor 20-25 procent van de uitstoot. De industrie- en energiesector wel voor 60 procent. Hierbij gaat het niet alleen om het directe energieverbruik, maar ook om de productiemethoden en de herkomst van de grondstoffen en chemicaliën. Daarom is het belangrijk dat we kijken naar biobased products.”
Biobased products zijn producten die geheel of gedeeltelijk gemaakt zijn van biomassa, zoals suiker, zetmeel of hout, of zijstromen die bij de winning van deze producten ontstaan, zoals suikerbietenpulp. Als deze grondstoffen duurzaam verkregen worden, kunnen ze een groen alternatief zijn voor chemicaliën, materialen en brandstoffen die nu uit fossiele grondstoffen worden gewonnen, en zo bijdragen aan een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen.
Een raffinaderij van de petrochemische industrie - slecht voor het milieu en de gezondheid. Foto: Igor Plotnikov / Shutterstock
Groene potentie: van asfalt tot cosmetica
Volgens Van Haveren hebben biobased producten een enorme potentie. “Vaak wordt gedacht dat het alleen om verpakkingen gaat, of verven en lijmen, maar het gaat om veel meer. Voorbeelden zijn onder meer automobielonderdelen, isolatiematerialen, asfalt, smeermiddelen, cosmetica en schoonmaakmiddelen. Volgens berekeningen zou je op termijn wereldwijd 350 miljoen ton aan fossiele producten kunnen vervangen door biobased alternatieven.”
Een van de toepassingen waar biobased grondstoffen zeer geschikt voor zijn, is voor de productie van chemicaliën, zoals oplosmiddelen. Door de klimaatdiscussie is de roep om het onderzoek naar biobased chemicals te versnellen luider aan het worden. Immers, veel oplosmiddelen zijn bijproducten van aardolie. Nu we de komende jaren meer los zullen komen van fossiele grondstoffen, groeit ook de noodzaak om alternatieven voor aardolieproducten te zoeken.
BIOBASED SOLVENTS ZIJN NIET ALLEEN BETER VOOR HET MILIEU, ZE ZIJN OOK BETER VOOR DE GEZONDHEID
Alternatief voor giftige oplosmiddelen
Bovendien zijn veel oplosmiddelen slecht voor de gezondheid. In Wageningen werkt onderzoeker Daan van Es al jarenlang aan biobased alternatieven voor de oplosmiddelen tolueen en NMP (N-methylpyrolidon). Tolueen en NMP worden op grote schaal gebruikt voor de productie van bijvoorbeeld verf, coatings, lijmen, geneesmiddelen en agrochemicaliën.
Deze twee stoffen staan op de lijst ‘Zeer Zorgwekkende Stoffen’ van het Nederlandse Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM), wat betekent dat de overheid vindt dat het gebruik van deze twee stoffen moet worden geminimaliseerd.
In schoonmaakmiddelen, pillen en asfalt zitten schadelijke oplosmiddelen, die mogelijk vervangen kunnen worden door bio-based alternatieven. Foto's: Shutterstock
Goed voor milieu en gezondheid
Daan van Es: “Tolueen is een heel handig oplosmiddel dat met miljoenen tonnen tegelijk wordt geproduceerd en dus zeer belangrijk voor de industrie. Het is echter waarschijnlijk neurotoxisch, en kan schade toebrengen aan het zenuwstelsel. Ook NMP is een geweldig oplosmiddel, alleen is het bewezen reprotoxisch, wat betekent dat het invloed kan hebben op de voortplanting. Om die reden staat het onder toenemende druk om te worden uitgefaseerd.”
Een biobased alternatief voor tolueen en NMP zou dus niet alleen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de reductie van de uitstoot van broeikasgassen, maar ook een zeer groot gezondheidseffect hebben. Daarbij komt dat we nu al een toenemend gebruik van bioplastics zien. Wil je die later efficiënt opnieuw kunnen gebruiken, dan kunnen biobased oplosmiddelen daar bij helpen. Tolueen en NMP zijn daar ongeschikt voor, aldus Van Es.
Suikerbietenpulp: snelgroeiend en multi-inzetbaar
In het zogeheten RESOLVE-project, dat wordt gesubsidieerd door de Europese Unie, onderzoeken Van Es en zijn team in samenwerking met collega’s aan de universiteit van York de mogelijkheid om niet-giftige en duurzame alternatieven te vinden voor tolueen en NMP. Door uit te gaan van goedkope en makkelijk verkrijgbare suikers, zoals die te vinden zijn in suikerbietenpulp, zijn een aantal biobased solvents ontwikkeld.
Waarom suikerbietenpulp? Van Es: “Suikerbiet wordt al in grote hoeveelheden in een stabiele kwaliteit verbouwd. Het is de aller-efficiëntste grondstof die je daarvoor kunt gebruiken omdat het zo’n snelgroeiend gewas is en je er alle kanten mee op kunt. Met een zeldzaam plantje uit de Himalaya krijg je misschien hetzelfde effect, maar daarmee red je het niet. Het is een industrieel probleem dat je met een reële visie moet aanpakken.”
De discussie dat het gebruik van biobased producten ten koste zou kunnen gaan van de voedselproductie, is volgens Jacco van Haveren onterecht. Tenminste, voor zover het om chemicaliën en materialen gaat. “Ons land teelt jaarlijks miljoenen tonnen suikerbieten en aardappelen, die niet allemaal nodig zijn voor voeding. Daarnaast komt er bijvoorbeeld bij de winning van suikerbieten ook miljoenen tonnen aan suikerbietenpulp vrij dat niet geschikt is voor voeding.” Die reststroom wordt nu vaak als afval afgevoerd. Van Haveren: “Qua brandstoffen kunnen we maar een beperkt deel vervangen door biobrandstoffen, maar het surplus en de zijstromen van biomassa kun je prima gebruiken voor de chemie.”
Bij biotechnologisch onderzoek wordt gekeken naar natuurlijke alternatieven voor chemische middelen. Foto: Shutterstock
Remmende factoren
Probleem en oplossingsrichting lijken dus helder. Waarom zijn nog niet alle oplosmiddelen vervangen door biobased chemicaliën? Van Es somt een aantal remmende factoren op. Allereerst is daar de prijs van het product, dat nog in de ontwikkelfase zit. “Zolang er geen verbod is afgekondigd, is de noodzaak om te gaan ontwikkelen niet zo groot. Tolueen is nu eenmaal een zeer goedkoop restproduct van de olie-industrie. Het eerste fabriekje voor een biobased alternatief dat je neerzet, kost alleen maar geld. Daarna moet de performance kloppen, en tenslotte moet het haalbaar zijn het product in de gewenste hoeveelheden te produceren.”
Na drie jaar onderzoek is het project nog lang niet klaar. Van Es: “Voordat dit op industriële schaal gaat lopen duurt het zeker nog vijf tot tien jaar. Chemie is enorm kapitaalintensief en daardoor traag. Bovendien is het vrijwel onmogelijk om een alternatief te vinden dat in elke toepassing hetzelfde doet, maar helemaal niet giftig is. Zelfs als het proces goed op te schalen is en de toepassing geweldig, gaat het nog lang duren voordat de stoffen geregistreerd en getest zijn. Dit kost vele jaren en vele tientallen, zo niet honderden miljoenen.”
ONS LAND TEELT JAARLIJKS MILJOENEN TONNEN SUIKERBIETEN EN AARDAPPELEN, DIE NIET ALLEMAAL NODIG ZIJN VOOR VOEDING
De suikerbiet is een efficiënte grondstof en een ideaal bio-based alternatief voor fossiele grondstoffen. Foto: Shutterstock
‘Sticks and carrots’
Eigenlijk zou de Europese Unie een moment moeten noemen waarop de huidige stoffen uitgefaseerd worden, vindt Van Es. Nu dat nog niet het geval is, loopt de eerste producent die zijn geld investeert in alternatieven enorme risico’s. “De industrie gaat pas bewegen als bekend wordt wanneer deze stoffen worden verboden. Combineer je dat met een subsidiepot om de alternatieven verder te gaan ontwikkelen, dan kan het heel snel gaan. Je hebt dus sticks and carrots nodig.”
Naast de kosten en gebrek aan wetgeving, noemt Jacco van Haveren een belangrijke factor die de grootschalige ontwikkeling op dit moment in de weg staat. “We hebben een beetje last van de olieprijs. Een hoge prijs is goed voor biobased chemicals. Toen die 120 dollar per barrel was, was de animo om te investeren in alternatieven een stuk groter dan nu de prijs op 60 tot 70 dollar ligt. Aan de andere kant zie je dat de seinen in de publieke opinie echt op groen staan. De vraag bij multinationals en brand owners om natuurlijke materialen stijgt, en ook de discussie rond de plastic soep speelt een rol. Maar al met al denken we dat het nog wel 10 tot 20 jaar nodig heeft voordat biobased een echte doorbraak zal beleven.”
