Rob van Haren, lector Transitie Bio-Economie van de Hanzehogeschool Groningen, werkt momenteel aan een bijzondere semi-industriële bioraffinaderij met superkritische-CO2-technologieën. De installatie, volgens Van Haren uniek in de Europese onderzoekswereld, bestaat uit meerdere onderdelen. ‘In de superkritische extruder halen wij tijdens de voorbewerking eerst de vetachtige componenten uit de biomassa. Hierbij maken we gebruik van CO2 als draagstof in plaats van water. Zo verkleinen wij tevens de biomassastroom om sneller van een batch naar een continu proces te kunnen gaan’, legt hij uit.
‘De extractor speelt vervolgens een essentiële rol om de meest waardevolle onderdelen uit de biomassa te halen, zoals componenten met een farmaceutische werking. Verder beschikken wij over twee grote, in serie geschakelde, roestvrijstalen reactievaten van tien liter, evenals een fractioneringskolom van vier meter. De warmtewisselaars, de procescontrolesystemen en de superkritische CO2 sproeidrogers maken de installatie compleet.’
LIBBIO-project
De semi-industriële bioraffinaderij wordt in eerste instantie gebouwd voor het Europese Horizon 2020-project LIBBIO. Hierin onderzoekt Van Haren met andere partijen de mogelijkheid om in Europa een geheel nieuwe biomassastroom op gang te brengen, gebaseerd op de vlinderbloemige Andes Lupine. Deze lupine soort groeit uitstekend op arme gronden, doordat het zijn eigen meststoffen produceert. En aangezien de meest vruchtbare gronden al in gebruik zijn, kan uitbreiding alleen door minder productieve gronden te gebruiken. Lupinen zijn hier volgens Van Haren uitermate geschikt voor. Bovendien bevatten zij hoogwaardige eiwitten en hoogwaardige olie. Hiermee is een business case te ontwikkelen die vergelijkbaar is met de teelt en verwerking van soja.
Van Haren richt zich ook op andere biomassastromen. ‘Zo werken wij met het Hillebrands Laboratorium en Hoekstra New Food Business aan het extraheren van luteïne uit Tagetes-bloemen, ook wel bekend als Afrikaantjes. Luteïne is een krachtige carotenoïde die onder meer wordt gebruikt om netvliesdegeneratie te voorkomen’, legt hij uit. ‘Daarnaast zijn we bezig om genisteïne uit verfbrem te extraheren, een fytosterol dat onder meer tegen kanker werkt.’
Bij ieder project is het belangrijkste doel om op semi-industriële schaal eerst de hoogwaardige componenten te isoleren, om vervolgens de andere stofstromen te verwaarden, benadrukt Van Haren. Het biocascaderingsprincipe staat hierbij centraal. Het betekent dat Van Haren alle componenten in de biomassa tot waarde brengt en dat er geen afval ontstaat. ‘Deze benadering sluit naadloos aan bij de plannen van de Europese Commissie om in Europa tot een circulaire economie te komen.’
Verschillend rendement
De verwerkingscapaciteit van de installatie is volgens hem afhankelijk van de snelheid en de werking van het extractieproces en de samenstelling van de biomassastroom. ‘In principe kunnen we honderden kilo’s biomassa per dag verwerken, maar het rendement verschilt. Neem bijvoorbeeld de lupineboon, die veertig procent eiwit bevat. Wanneer we honderd kilo in de installatie stoppen, halen we er zo veertig kilo hoogwaardig eiwit uit.’
Van Haren benadrukt dat extraheren en fractioneren technieken zijn die zich de afgelopen dertig jaar allang hebben bewezen. ‘Nieuw is dat wij hier een semi-industriële installatie bouwen waarin we de ontsluiting met extractie combineren. Bovendien beschikken wij over software om de integrale kostprijs van het proces uit te rekenen. Zo kunnen wij niet alleen de technische-, maar ook de economische haalbaarheid van het proces becijferen.’
Groene premium
De processen vinden onder milde procescondities plaats, bij temperaturen onder de 70 graden Celsius en zonder het gebruik van (op fossiele grondstoffen gebaseerde) oplosmiddelen. Het gaat dus om een volledig groen extractieproces groen extractieproces waarbij Van Haren uitsluitend bio-ethanol en water als cosolventen gebruikt.
De semi-industriële bioraffinaderij kan volgens hem makkelijk op kosten en functionaliteiten de concurrentie aan met op fossiele grondstoffen gebaseerde installaties. ‘De superkritische-CO2-processen zijn in principe kostbaar, maar je moet het afzetten tegen de alternatieven. Dat zijn vaak vervuilende, op hexaan gebaseerde processen die niet alleen toxisch voor de mens maar ook voor het milieu zijn’, stelt hij vast. ‘Wat weegt zwaarder? Wentel je als bedrijf de milieukosten op de samenleving af of neem je de milieukosten in je product mee door een premium product op de markt te brengen?’
Consumenten willen volgens hem steeds vaker pure, natuurlijke producten en zijn ook bereid om daar extra voor te betalen. ‘Wij kunnen nu uit biomassa-nevenstromen van de food- en procesindustrie bijzonder interessante en waardevolle componenten halen. En dat ook nog eens zo dat de oorspronkelijke grondstofstroom intact blijft.’
Samenwerking met bedrijven in de keten
Van Haren werkt in het project met meerdere bedrijven in de keten samen. Zo is Avebe geïnteresseerd in superkritische-CO2 processen om op een effectieve manier te scheiden. Hierdoor neemt niet alleen de opbrengst toe, maar zijn er tevens minder energie en oplosmiddelen nodig. Daarnaast hebben partijen als Syncom en de Ofichem Groep belangstelling voor de industriële productie van farmaceutica en nutraceuticals. ‘Vanochtend zat ik nog met een partij om de tafel die uit garnalenschillen astaxanthine wil halen, een natuurlijke kleurstof om bijvoorbeeld zalm een roze kleur te geven. Kortom: er is volop belangstelling van bedrijven in de keten’, merkt Van Haren. Daarnaast werkt hij nauw samen met professor Witkamp van de TU Delft, een van de grondleggers van de superkritische CO2-technologie in Europa, voor het verder optimaliseren van de extractieprocessen met onder andere ‘deep eutectic solvents’ (NADES).
Minerale oliën verwijderen
Van Haren werkt onder meer aan de ontwikkeling van een proces om met superkritische-CO2-technologie resten van minerale oliën te verwijderen uit gebruikte verpakkingen van voedingsmiddelen. De Europese Commissie liet begin oktober weten dat hier meer onderzoek naar moet komen. Zo verklaarde een Europarlementslid van de CDA, Annie Schreijer-Pierik, dat ‘niemand graag inkt uit oude kranten, samen met zijn pasta of rijst, binnenkrijgt.’ Bij Van Haren zijn de eerste pogingen op labschaal geslaagd om de resten met superkritische-CO2 te verwijderen. Hij is nu bezig om het proces te optimaliseren.
