Lees verder
Het had een plaats van fysieke ontmoeting moeten worden, maar het 8e Biorizon Jaar Evenement in Rotterdam liep anders dan verwacht. Voor 300 online volgers, maar in een lege conferentiezaal, presenteerde het team van Biorizon (en een spreker van LEGO) de voortgang in de ontwikkeling van waardeketens voor bio-aromaten. Die ontwikkeling loopt voorspoedig.
Pierre Gielen

Aromaten zijn veel voorkomende chemische bouwstenen, vaak voor de zogeheten ‘performance products’, zoals kunststoffen, coatings en harsen. Gewoonlijk worden ze uit fossiele grondstoffen gemaakt. Vanuit het Biorizon-programma werken onderzoeksinstellingen TNO (Nederland) en VITO (België) al 8 jaar samen met de industrie aan het ontwikkelen en opschalen van duurzame alternatieven.

“Het draait om de ontwikkeling 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 biogrondstoffen”, zo vatte gastheer Joop Groen (directeur van Biorizon) het kernachtig samen.

Het streven is om vanaf 2025 commerciële productie te starten. En dat gaat voorspoedig, zo blijkt uit de resultaten tot nu toe. De meeste onderzoeken zijn toe aan de pilot- of demofase en werken met partners al volop aan applicatie-ontwikkeling. Het heeft ook al geleid tot de oprichting van een eerste start-up: Relement, dat in 2020 van start ging en bio-aromaten op basis van suikers commercieel opschaalt en naar de markt brengt.

De managers van de drie onderzoeksrichtingen of ‘horizons’ zoals ze binnen Biorizon worden genoemd, lichtten tijdens het jaarevenement de huidige stand van zaken toe.

Thermochemische horizon

Jaap Kiel, manager van de Thermochemische horizon binnen Biorizon: “In onze programmalijn focussen we ten eerste op de coproductie van BTX tijdens vergassing van houtige biomassa of afvalplastics. Ook onderzoeken we de valorisatie van lignine en ligninerijke biomassa via thermochemische depolymerisatie door middel van pyrolyse, gevolgd door fractionering via getrapte 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 meer de polyesterproductie. Kiel: “Hiermee verbeteren we de business case voor de vergassing van biomassa en kunnen we ook de downstream processing vereenvoudigen.”

Kiel noemde als voorbeeld het internationale BIORECEPY project. Daarin wordt lignine uit walnootschalen en bioraffinaderijen omgezet naar applicaties als biobrandstoffen voor de scheepvaart en de productie van autobanden en epoxyharsen. Het project wordt financieel ondersteund door het Nederlandse TKI Biobased Economy (TKI-BBE).

Ligninehorizon

Waar de thermochemische horizon vooral gebruik maakt van laagwaardige grondstoffen, richt de lignine-horizon zich op de katalytische depolymerisatie van hoogwaardige lignines. Manager Karolien VanBroekhoven: “Er is niet één soort lignine, maar een brede range afkomstig van verschillende fabrikanten, met verschillende eigenschappen en kwaliteiten. Ze zijn beschikbaar als poeders, extracten of olies, hebben uiteenlopende molecuulgewichten en wisselende gehaltes aan koolhydraten of as. Ook de oplosbaarheid in solventen verschilt.” De geschiktheid voor diverse toepassingen loopt dan ook uiteen. Dat maakt het onderzoek complex en uitdagend. Daarom is een database gebouwd waarin we al onze kennis en ervaring op dit gebied centraliseren en al deze verschillende soorten lignines worden gekarakteriseerd. Dit is op zich al enorm waardevol.

“De aromaten die we maken uit lignine beslaan de hele range van harde epoxyharsen tot elastomeren en zachte lijmen, allemaal met hun eigen toepassingen”, zegt VanBroekhoven. Om vaart te kunnen maken, zijn voor applicatie-ontwikkeling tot nu toe enkele kilo’s aan samples geproduceerd in een reactor van het Duitse Fraunhofer Instituut. Volgend jaar (2022) moet er volop materiaal beschikbaar komen als de nieuwe LignoValue Pilot Plant bij VITO in Mol (België) operationeel wordt.

Inmiddels zijn er recent al wel twee projecten gestart, waarin gebruik gaan maken van bio-aromaten ontwikkeld in de lignine-horizon:

In het Europese LIFE VIABLE project wordt een duurzaam alternatief ontwikkeld voor epoxyhars op basis van BPA, die wordt toegepast in composietmaterialen voor de automotive industrie.

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

Suikerhorizon

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 is opgericht.

“We werken nu aan een nieuwe generatie bio-aromaten op basis van furanen en een ontwikkelingsplatform voor biofenol”, zegt Paul Könst, manager van de suikerhorizon. “Tegen 2022 verwachten we daarmee de eerste user samples te kunnen leveren.”

Tevens wordt gewerkt aan furaanproducten die direct in producten toegepast worden. Könst spreekt de verwachting uit volgend jaar te kunnen gaan samenwerken met een grote, maar niet nader genoemde producent van consumentenproducten die de nieuwe furanic building blocks daadwerkelijk wil gaan toepassen.

Interessant is ook de samenwerking in het nieuwe BRIGHT COATINGS project. Daarin staat de vorming van een lokale waardeketen centraal voor de productie van een 100% biobased alkyd coating. Bedrijven als Cosun Beet Company, Vertoro en Lenzing leveren hiervoor hemicellulose aan. Relement maakt er bio-aromaten van op 100 kilogram-schaal. Grondstoffenleverancier Worlée en verfproducent Baril maken er een alkydhars van die vervolgens door Straalbedrijf Boxtel wordt toegepast als oppervlaktebescherming voor een frontloader, een bouwmachine waarmee kan worden onderzocht hoe de coating zich in de praktijk gedraagt.

Speelgoed

Een bedrijf dat al jaren werkt aan verduurzaming van zijn product is LEGO. Nelleke van der Puil, vice-president Materials van LEGO somde in haar key-note speech tijdens het Biorizon-event de commitments op van deze speelgoedfabrikant. Zo moeten alle LEGO-blokjes vanaf 2030 van duurzame materialen worden gemaakt. Verpakkingen moeten al in 2025 duurzaam en volledig recyclebaar zijn. De CO2-emissies moeten 37% omlaag in 2032.

Circulariteit wordt de standaard. En biobased grondstoffen worden “super belangrijk” om duurzame groei te kunnen realiseren. Niet zozeer omdat de consumenten dat willen. Uit onderzoek van LEGO blijkt zelfs dat het consumenten koud laat of hun LEGO-blokjes van biobased herkomst zijn. Zij verwachten van fabrikanten echter wel dat die duurzaem producten makenen daarom experimenteert LEGO zowel met bioplastics als met recycling en hergebruik. “De eigenschappen van die materialen zijn erg belangrijk, want een LEGO-blokje maak je niet zo maar. Het moet sterk, veilig, vormvast zijn en er aantrekkelijk uitzien.”

In 2018 lanceerde LEGO bijvoorbeeld ‘botanicals’ (blokjes in de vorm van bomen en struiken, red.) van bio-PE. Daar reageerden consumenten positief op. “We gaan het gebruik van bio-PE nu ook naar andere elementen uitbreiden. Maar we willen ons niet vastleggen op één oplossing. We willen meerdere opties testen en daar ervaring mee opdoen.”

In de praktijk betekent het dat er ook wordt gekeken naar PLA, r-PET, ABS met gerecyclede inhoud, PEF en andere plastics. “We willen leren hoe we met deze materialen kunnen werken, matrijzen kunnen ontwerpen, de omstandigheden in de productieomgeving onder controle houden en verschillende machineconfiguraties testen. Er zijn dus nog veel vragen die we moeten beantwoorden vóór we nieuwe materialen in massaproductie nemen. Maar duidelijk is dat de circulaire waardeketen grote kansen biedt voor LEGO-producten, biobased polymeren zijn daar een vitaal onderdeel van.”

Toekomst

“Er is momentum voor de circulaire en biobased transitie”, concludeerde Joop Groen in zijn slotwoord. “En we hebben in de presentaties gezien dat er veel vooruitgang wordt geboekt. Dat hebben we onder meer te danken aan de goede samenwerking, de fantastische faciliteiten, een team van experts, de betrokkenheid van de volledige waardeketen voor aromaten, het feit dat we zowel aan drop-ins werken als aan 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 Centeer op de Green Chemistry Campus. Dat willen we uitbouwen om samen met de industrie nog intensiever aan toepassingen te werken. Verder willen we ons meer gaan richten op het onderzoek naar circulaire aromaten. We denken dat we daar toegevoegde waarde in kunnen bieden. In beide activiteiten gaan we intensiever samenwerken met de industrie. Dat kan nu onze samples groter worden. Maar laten we vooral niet vergeten dat we dit in de eerste plaats doen om onze kinderen een gezondere en veilige toekomst te bieden.”

Biorizon Jaar Event gemist? Kijk het nu terug op Biorizon’s YouTube kanaal.

Het Shared Research Center Biorizon is een initiatief van TNO en VITO en wordt gesteund door Circular Biobased Delta. Biorizon is gevestigd op de Green Chemistry Campus in Bergen op Zoom, Nederland. Daarnaast maakt Biorizon gebruik van onderzoekslaboratoria en faciliteiten van VITO in Mol, België en TNO in Delft en Petten, Nederland.