Op het Chemelot-colloquium over biobased building blocks, dat begin juni plaatsvond op de Chemelot Campus in Geleen, trapte De Wildeman af met een mooie vergelijking tussen wijn en een dashboard. ‘Ik weet niet of je wel eens wijn in een auto hebt gedronken. Ik ook niet, maar wat als je dit zou doen? Dan kijk je naar het glas wijn en je denkt: “een goed jaar, rijping, het is gezond met mate, het is een natuurproduct, waarvan de kwaliteit gedurende de jaren verandert”. Kortom, ik accepteer dat er ook minder goede wijnjaren zijn en dat de smaak niet altijd voldoet aan mijn verwachtingen.’ Bij een dashboard reageer je anders, aldus De Wildeman. ‘Je denkt: “het ziet er nog best goed uit voor een auto van 14 jaar oud”. Je denkt wel dat het dashboard er alleen maar slechter uit kan zien. Uiteindelijk komen er toch meer krassen op. Het mooie plaatje uit de catalogus staat elke dag onder druk.’
Keerzijde
Nu zou men verwachten dat biobased, op basis van het voorafgaande, geen kans heeft in automotive. Verre van dat. Zowel laagwaardige(re) plastics als polymelkzuur, als hoogwaardige(re) materialen als DSM’s EcoPAXX vinden stilaan hun weg naar automotive toepassingen, mede doordat grote automobielconcerns zichzelf ambitieuze targets hebben opgelegd wat betreft het gebruik van biobased plastics. Een andere belangrijke driver, in ieder geval voor de ontwikkeling van bio-afbreekbare bioplastics, is het milieu. ‘De enorme hoeveelheden plastic die momenteel in het milieu zijn beland, kun je omschrijven als een keerzijde van het succes en snelle opkomst van fossiele plastics.’
De Wildeman stelde dat deze ‘onduurzame’ manier van produceren vraagt om nieuwe oplossingen, bijvoorbeeld in de vorm van biobased building blocks die minder of andere resources vragen en die ook minder milieubelastend zijn. Daarbij is niet alleen ruimte voor drop-ins, maar ook voor nieuwe building blocks, waarmee materialen kunnen worden geproduceerd met verbeterde functionaliteiten.
Platgetreden paden
Momenteel is het nog niet zo ver, aldus De Wildeman. PLA (polymelkzuur) en PHA (polyhydroxyalkanoaten), twee eerstegeneratie biobased plastics, vertonen een marktwaardige performance in voornamelijk producten die eenmalig worden gebruikt, zoals verpakkingsmaterialen. Het spreekt voor zich dat een lange levensduur hier geen criterium is. Dat is wel het geval bij duurzame consumentengoederen die jaren mee moeten gaan. ‘Feit is dat biobased materials hier underperformen, bijvoorbeeld op gebied van hitteresistentie. De vraag is nu: welke andere biobased oplossingen kunnen we ontwikkelen? Moeten we PLA en PHA perfectioneren of moeten we nieuwe building blocks ontwerpen die wel voldoen? Ik zie momenteel teveel me-too onderzoek dat gericht is op het optimaliseren van bestaande routes, waarvan het maar de vraag is of je ooit in de buurt komt van functionaliteiten verkregen door robuuste fossiele building blocks. Ik verwacht eerlijk gezegd meer van unusual suspects, lees nieuwe building blocks die bepaalde functionaliteiten met elkaar verenigen die nu in bepaalde materialen onverenigbaar zijn.’
Concurreren met succesnummers
De Wildeman heeft de afgelopen vijf jaar de wereld afgereisd en de nodige literatuur doorgenomen zodat hij zich een goed beeld kan vormen van de wereld van biobased building blocks. Momenteel zijn er bijvoorbeeld spelers die op grote schaal biobased ethyleen (Braskem) produceren. Daarnaast zijn er producenten (DSM/Roquette, Myriant, Bioamber etc.) die mikken op building blocks die hoger in de piramide staan, zoals biobarnsteenzuur. ‘Het is een building block met momenteel een (minstens) duizendvoudig geringer marktvolume dan ethyleen, anderzijds heeft het wellicht groeipotentieel. Dat zal wel moeten omdat de gezamenlijke aangekondigde productie van biobarnsteenzuur het huidige marktvolume nagenoeg tien keer overtreft.’
In de lagere regionen van de ‘plastics piramide’ zijn de marges laag en de volumes hoog. ‘Je zult dus al snel op moeten schalen tot minstens 50 kilotonfabrieken, investeringen die honderden miljoenen euro’s vergen. Heb je dan een onderscheidend product, zoals Avantium met FDCA, dan nog concurreer je met succesvolle building blocks (terephthalic acid: jaarvolume ettelijke miljoenen tonnen). Je zult dus qua functionaliteit voldoende onderscheid moeten maken, terwijl je met de prijs ook weer niet te hoog kunt gaan zitten.’
Blauwe oceaan
Volgens De Wildeman is het goede nieuws dat je met biomassa met vier ‘atomen’ kunt werken (koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof), terwijl je met fossiel aangewezen bent op de eerste twee, gevolgd door (meer) processen die zuurstof en stikstof achteraf invoegen. ‘De mogelijkheden van nieuwe biobased building blocks voor plastics zijn wellicht een pak breder dan momenteel aangenomen, en veel belangrijker: nog onvoldoende onderzocht.’
Juist in dit screeningproces wil AMIBM zich bekwamen via “structuur-eigenschap relaties” tussen bouwstenen en functionaliteiten, en vanuit deze inzichten een hub worden voor startende ondernemingen omtrent innovatieve biogebaseerde plastics. De noodzaak tot deze screening geldt zeker voor building blocks voor high performance materialen die zich in de top van de piramide bevinden. Volgens De Wildeman biedt deze blue ocean wel degelijk kansen. Immers, de volumes zijn gering en de marges verhoudingsgewijs hoog. Wel zijn de eisen die worden gesteld aan de materialen, zeer hoog. Specifieke toepassingen, bijvoorbeeld implantaten in de medische sector, worden puur beoordeeld op functionaliteit. ‘Of het product nu veel of weinig CO2-uitstoot met zich meebrengt, speelt geen rol.’
Prototype in enkele maanden
En dan de tijdshorizon voor nieuwe biogebaseerde plastics: hoe lang is het wachten op nieuwe producten? ‘Ik heb zelf in enkele maanden tijd een eerste prototype plastic vanuit een nieuwe building block ontwikkeld. Het hoeft geen jaren te duren voor je een eerste kilo klaar hebt voor gebruikstests bij potentiële klanten, op voorwaarde dat je goed hebt voorgesorteerd op een vrij makkelijke synthese van bouwsteen en polymeer, en dat voldoende hebt afgestemd met het marktpotentieel voor de betreffende extra functionaliteiten. De prototypes zul je ongetwijfeld moeten verfijnen voor doelgerichte toepassingen. Je kunt je voorstellen dat we binnen het AMIBM alles inrichten om deze excercitie sneller en effectiever uit te kunnen voeren. Vanzelfsprekend gaan we niet lukraak zoeken, maar screenen we op basis van computermodellen interessante nieuwe kandidaten. Daarbij nemen we de hele waardeketen mee: het building block moet je kunnen maken, polymeriseren en compounden, met voldoende controle omtrent de rheologie van de materialen en mogelijke neveneffecten (bv. geurtjes e.d.).’
Industriële R&D
Essentieel in de zoektocht naar nieuwe biogebaseerde building blocks voor high performance materials is de input van industriële R&D en het vermogen om snel op te kunnen schalen, zo stelde De Wildeman. ‘Bij een puur wetenschappelijke benadering mis je de aansluiting op de markt. Het AMIBM kenmerkt zich door een groep van jonge medewerkers met gezamenlijk meer dan 25 jaar industriële ervaring bij concerns als DSM, Teijin, Agfa-Gevaert, en verbindt historische sterktes van RWTH Aachen (o.a. fibers in ITA) met de wereldklasse know-how van biomedical applications uit Maastricht University. Wij mikken bij AMIBM vooral op de toegevoegde waarde van het bijeen brengen van historisch afgescheiden competenties: (bio)synthese van nieuwe bouwstenen, polymeriseren, compounden (met enige nadruk op fibertechnologie), applicatiedevelopment met partners en klanten. Met deze brede waaier aan disciplines is iedereen in AMIBM erg benieuwd hoe lang het duurt voor we prototype plastics onderwerpen aan gebruikstests bij potentiële klanten.’
