GFBiochemicals is een van origine Italiaans bedrijf, met een 1200 ton-productiefaciliteit in Caserta, en vestigingen op Brightlands Chemelot Campus en – sinds de overname van Segetis – ook in de VS (Minnesota). In Geleen zit een klein team met onder meer R&D-directeur Rudy Parton. Hij kwam, samen met een aantal DSM-collega’s, in 2014 over naar GFBiochemicals.
‘Het bedrijf werkte van 2008 tot 2014 aan een directe route vanuit C6-suikers naar levulinezuur. Daarvoor had het het zogenaamde Biofine-proces in licensie. Deze technologie kreeg GFBiochemicals echter niet operationeel in Caserta. We hebben toen in Caserta het proces geanalyseerd en veranderingen aangebracht in de hard ware, de procescondities en nieuwe apparatuur toegevoegd. De grootste pijnpunten zaten in de reactortechnologie en de opzuivering van het levulinezuur.’
Directe omzetting
Deze pijnpunten zijn inmiddels ‘weggemasseerd’, aldus Parton. ‘In de Caserta-fabriek, zeg op TRL7-niveau, produceren we nu levulinezuur op basis van soft wood met opbrengsten die vergelijkbaar zijn met bio-ethanol. Het voordeel van onze technologie is dat we als enige bedrijf in de wereld kunnen draaien op cellulose-houdende grondstoffen (C6-suikers). Er zijn producenten (in China, red.) die levelinezuur produceren op basis van C5-suikers. Wij zetten de cellulose in de biomassa direct om naar levulinezuur. Omdat we flexibel zijn in feedstock, zitten we qua beschikbaarheid wel goed. Op termijn, als we de nieuwe fabriek hebben, willen we ook kijken naar afvalhout. Een feedstock die qua duurzaamheid, nog aantrekkelijker is, maar die mogelijk wel complicaties in het proces met zich mee kan brengen.’
Groei uit derivaten
De business case van levulinezuur is vergelijkbaar met die van bio-ethanol, aldus Parton. Het punt is wel dat bio-ethanol een product is waar subsidie op rust, terwijl levulinezuur – als een fine chemical – het zonder hulp van buitenaf moet redden in de markt.
Momenteel schommelt de markt voor levulinezuur tussen de 2000 en 3000 ton per jaar. Het wordt onder meer gebruikt in het vernetten van harsen, als middel tegen microbiële groei in voedingsmiddelen of als smaakstof (butterscotch).
Parton: ‘Het is een kleine markt en volstrekt ontoereikend om een verdere opschaling van levulinezuur te faciliteren. Laat ik het zo zeggen: ik ben niet, samen met mijn collega’s van DSM, naar GFBiochemicals gegaan om 5000 ton per jaar te produceren. Ons punt op de horizon is een fabriek van rond de 50Kton in 2022. In 2017 willen we de tussenstap maken met een 10Kton-fabriek voor levulinezuur. Nu is een capaciteit van 10.000 ton voor een wereldmarkt van 3000 ton wel erg hoog. Vandaar dat we daarnaast een 10 Kton-fabriek voor ketalen (uit levulinezuur) en een vergelijkbare fabriek voor andere derivaten willen bouwen.’
Supergeconcentreerd wasmiddel
Het zijn juist de derivaten uit de ketalen en levulinezuur die interessant zijn voor GFBiochemicals om het marktvolume voor levulinezuur uit te breiden en zo uit een nichemarkt te ontsnappen, aldus Parton. ‘Dat is ook de reden waarom we Segetis hebben gekocht. Zij hebben – op basis van ketalen uit levulinezuur – technologie ontwikkeld en – nog belangrijker – applicaties ontwikkeld met brand owners voor bestaande markten. Zo heeft het een wasmiddel ontwikkeld dat 8 keer geconcentreerder is dan de norm. Deze concentratiegraad is mogelijk door het oplosmiddel op basis van ketalen uit levulinezuur. Deze is effectiever dan andere solventen omdat het als coupling agent functioneert. Het koppelt verschillende bestanddelen beter aan elkaar. Bovendien is het oplossmiddel biobased. Afhankelijk van het type levulinezuur gebaseerd ketaal kan het uiteenvallen in perfect onschadelijke onderdelen, zoals bijvoorbeeld glycerol, ethanol en levulinezuur. Daarmee is het ook milieutechnisch een betere oplossing dan vele fossiele solventen.’
Potentieel in volumemarkten
GFBiochemicals heeft, behalve de afgeleiden van ketalen, ook andere derivaten in het vizier. Gezien de brede scope van levulinezuur kan de onderneming zich niet op alle mogelijkheden richten, aldus Parton. ‘We hebben een drietal derivaten – gammavalerolacton, methylbutaandiol en methyltetrahydrofuran – geselecteerd die als milieuvriendelijke oplosmiddelen en/of tussenprodukten voor onder andere nylons kunnen worden gebruikt. Gammavalerolacton (GVL), bijvoorbeeld, kan worden ingezet als oplosmiddel maar ook als tussenverbinding voor monomeren voor grootschalige industriële polymeren. Op middellange termijn, als het productievolume toeneemt, heeft GVL de potentie om als monomeer te dienen voor polyesters en nylon’s of specifieke acrylaten. Dan praat je over significante markten met grote volumes.’
Productmix
De route van levulinezuur naar bovenstaande chemicaliën is op labschaal bewezen. Het Horizon-project GreenSolRes, waaraan GFBiochemicals deelneemt, moet een “engineering blue print” opleveren voor een 10 Kton-fabriek die de drie chemicaliën en applicaties (oplosmiddelen, hars) gaat produceren. ‘Het proces levert zo wie zo de drie eindproducten op. Dat is gunstig omdat we niet verwachten dat we gelijk 10 Kton van een specifieke chemical af kunnen zetten. We gaan dus een mix van de drie produceren waarbij we de verhouding kunnen sturen naargelang de marktbehoefte. Uiteindelijk moet er in 2021-2023 een fabriek staan met een capaciteit van ongeveer 10 Kton per jaar. Deze is gekoppeld aan de 50 Kton-levulinezuurfabriek die op hetzelfde moment ook gepland is en die dan de grondstof levert voor deze derivaten, maar ook voor de andere productielocaties waar de andere derivaten, zoals de ketalen, worden geproduceerd. Op welke lokatie(s) deze faciliteiten komen? Dat is nog onbekend.’
Levulinezuur is een Nederlandse uitvinding. In 1840 produceerde professor G.J. Mulder levulinezuur door fructose met zoutzuur te verhitten. De naam levuline is afgeleid van levulose, de oude benaming voor fructose. In de periode tussen 1925 en 1950 was het vooral Quaker Oats die de productie van levulinezuur naar demonstratieschaal tilde. De opkomst van goedkope olie in de vijftiger jaren verhinderde dat er een grootschalige industriële levulinezuurproductie op basis van biomassa plaatsvond. Er werd een goedkopere, fossiele route ontwikkeld. DSM onder meer produceerde dit product in het Oostenrijkse Linz. Eind jaren negentig droogde de productie op omdat de route te duur was geworden en enkel een kleinschalige driestapsroute op basis van furfural bleef bestaan. Biobased levulinezuur kwam weer in beeld in deze eeuw, onder meer door het Department of Energy-rapport over veelbelovende biobased chemicaliën (waar levulinezuur ook werd meegenomen) en het eerder genoemde Biofine-proces. Sindsdien is levulinezuur terug van weggeweest. Multinationals als Dupont en Shell hebben verschillende patenten geregistreerd op verschillende applicaties – Shell bijvoorbeeld op biofuels – vanuit levulinezuur.
