‘In de toekomst zijn tekorten te verwachten van aardolie en koolteer, de grondstof voor synthetisch alizarinerood. Daarom komen we weer terug bij kleurstoffen van natuurlijke en hernieuwbare bronnen, zoals meekrap. Bovendien vraagt de markt om duurzame producten. Momenteel werken we aan een verbeterd scheidingsproces voor deze kleurstof.’
Dorien Derksen, senior onderzoeker van natuurlijke kleurstoffenproducent Rubia Natural Colours te Steenbergen en lector Biobased Products bij Centre of Expertise Biobased Economy (Avans Hogeschool) staat bovenin de toren op het terrein van Rubia, naast het grote sproeivat waarin de kleurstof wordt gesproeidroogd.
Derksen wijst richting Bergen op Zoom en Middelburg, waar enkele eeuwen geleden meekrappoeder werd verkocht aan ververijen. Bergen op Zoom en Middelburg waren belangrijke handelsmarkten voor het product meekrap, wat vanuit deze steden over de hele wereld terechtkwam. Schuin de andere kant op kijken we richting het akkerland van Zeeland.
‘Vanaf de 15de eeuw wordt meekrap geteeld in Zeeland en op de Zuid-Hollandse eilanden’, vertelt Derksen. ‘Rond 1870 verdween de teelt in korte tijd omdat de kleurstof gemakkelijker chemisch kon worden gemaakt uit koolteer.’ Maar nu heeft Rubia Natural Colours de teelt weer teruggebracht naar de Zeeuwse akkers. Een van de aandeelhouders, ZLTO (Zuidelijke Land- en Tuinbouw Organisatie), wilde namelijk dat telers uit Zuid-Nederland de kans kregen een (nieuw) gewas te telen.
Hulpstoffen toevoegen
De productie van alizarinerood uit meekrap vindt plaats in drie stappen. Eerst vindt enzymatische omzetting plaats, daarna volgt het extractieproces en een laatste stap bestaat uit het verder opwerken tot hoge zuiverheid. De onderzoekers van Rubia Natural Colours wilden, om inzicht te krijgen in de reactiekinetiek, precies uitzoeken welke enzymen werkzaam waren bij de enzymatische omzetting. Tot nu toe is het gelukt één enzym te karakteriseren in deze complexe reactieketen.
De volgende stap in het productieproces is de extractie van de kleurstof. Dit gebeurt in het nieuwe proces via nauwkeurige sturing van de procescondities (o.a. temperatuur, pH) en niet meer met een oplosmiddel, waarvan een deel mogelijk verdampt als vluchtige organische stof. ‘Daarna is het ruwe product in principe klaar, op het afscheiden en daarna drogen na. En hierin kunnen we ook nog een slag maken. We hebben de mogelijkheid om hulpstoffen toe te voegen, ik denk bijvoorbeeld aan een beits’, vertelt Derksen.
Stap drie in het productieproces is een extra zuiveringsstap om een ongewenste stof uit het product te halen, namelijk een ander lid van de anthrachinon-familie. Deze component heeft een nadelig effect op de kleur. ‘Het is ons gelukt om deze component uit de kleurstof te verwijderen via affiniteit kolomchromatografie. Dit is heel interessant omdat we daarmee binnen een klasse van stoffen héél specifiek één stof eruit kunnen halen. Deze stap wordt apart geoctrooieerd en kan mogelijk interessant zijn voor nieuwe toepassingen.’
Landbeslag
De subsidie van Programma Milieu & Technologie van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland was bij de procesontwikkeling zeker nuttig, denkt Derksen: ‘Als we de subsidie niet hadden gekregen, dan hadden we niet zoveel contact met kennisinstellingen kunnen hebben, in het bijzonder met de Wageningen Universiteit en de Technische Universiteit Eindhoven. Ook waren de testen bij TNO niet mogelijk geweest. Kennisinstellingen hebben toegang tot kennis en beschikken over apparatuur die wij als klein bedrijf niet kunnen betalen. Daarnaast hebben we nu een extra onderzoeker gehad.’ Zonder deze contacten met kennisinstellingen was het volgens Derksen veel meer trial and error geweest.
De Universiteit Utrecht heeft voor Rubia Natural Colours een CO2- footprint gemaakt van het productieproces tot kleurstof. Het nieuwe productieproces tot Rubia red plus, zoals het in de wandelgangen heet, blijkt op gebied van CO2-opname een factor zeven beter dan de huidige met oplosmiddel geëxtraheerde kleurstof. Er is 97 procent minder oplosmiddel nodig bij de productie. En dat wat nog nodig is, wordt zoveel mogelijk geregenereerd. In vergelijking met productie uit aardolie of steenkool blijft de winning van een natuurlijke kleurstof een relatief arbeidsintensief proces doordat gewassen geteeld en geoogst moeten worden. Goed voor de diversiteit in landbouwgewassen, maar in een footprintanalyse komt dit terug als ‘landbeslag’. Dit geldt overigens voor alle uit agro-grondstoffen geproduceerde biobased chemicals.
In 2015 mogelijk op de markt
Goed nieuws is wel dat voor de teelt van meekrap geen gewasbeschermingsmiddelen en kunstmest nodig zijn. Een hectare grond geeft eens in de twee jaar vierduizend kilogram wortels. Derksen legt uit: ‘We hebben ruim 100 ton startproduct, de wortelmassa. Hieruit wordt ongeveer 10 procent kleurstof gewonnen. We houden een grote reststroom over: 50 tot 60 ton droge stof. Dat is de helft van het startproduct. Deze reststroom kan sowieso gecomposteerd worden. Maar we kijken ook naar hoogwaardiger toepassingen, zoals het gebruik als zogeheten tweedegeneratie fermentatiegrondstof.’
Derksen stelt tot slot dat Rubia Natural Colours het uiteindelijke productieproces nog vorm moet geven. Rubia Natural Colours heeft recentelijk vanuit de Europese Unie een eco-innovatiesubsidie toegekend gekregen waaronder het engineeringsonderzoek en markimplementatie-onderzoek zal worden uitgevoerd. Deze subsidie is een project in samenwerking met twee klanten, H. Dawson uit de UK en Tretford uit NL. ‘De planning nu is om eind 2014 het nieuwe proces helemaal geïmplementeerd te hebben. In 2015 kan Rubia Red plus op de markt komen. We kunnen nu een kleurstof maken van een hogere zuiverheid, die daardoor geschikt is voor veel meer toepassingen, zoals meer textielproducten, bioplastics, papier, verpakkingen, leer en zelfs cosmetica.’
* Artikel is gebaseerd op eerder artikel dat onder de vlag van RVO Nederland is geschreven.