De pilotplant is gevestigd in een van de twee grote hallen in het Ilex-gebouw. De laboratoria bevinden zich hier als een schil omheen. Voor zowel chemie als materialen zijn alle proefopstellingen in huis om R&D op te kunnen schalen van lab- naar pilotschaal. Op de vraag waarin deze pilot plant zich onderscheidt van andere locaties als het Belgische Gent, Geleen en Delft noemen programmamanagers Jacco van Haveren (biobased chemicals) en Christiaan Bolck (biobased materialen) de brede onderzoeksscope en de expertise’ die sinds de 80’er jaren is opgebouwd. Zo stond Wageningen aan de wieg van de ontwikkeling van bioplastics op basis van polymelkzuur.
Bolck: ‘Hier rolden de eerste PLA-folies uit de extruder. Sindsdien is materiaalresearch een belangrijke poot geworden. Met de continue ontwikkeling van nieuwe generaties bioplastics hebben we een leidende positie in biobased materialen opgebouwd in Nederland, al schreeuwen we dit niet van de daken. Het bedrijfsleven weet ons wel te vinden. Alles wat we hier doen is in opdracht.’
De pilot plant profiteert van de onderzoekskennis binnen het Wageningse, de uitgebreide labfaciliteiten en het hieraan gekoppelde arsenaal aan proefopstellingen. Zo is voor de productie en fabricage van kunststoffen nergens in Nederland zo’n complete set aan pilot-installaties te vinden. Hier werkt Wageningen bij de ontwikkeling van biomaterialen nauw samen met marktpartijen. Overigens niet alleen voor biobased plastics, maar ook voor het uittesten van de functionele eigenschappen van nieuwe, reguliere varianten. De logo’s van multinationals op de zakken bij de extruder getuigen hiervan.
Suikers uit reststromen
In de onderzoeksprogramma’s richten de pijlen zich meer en meer op het winnen van chemische bouwstenen uit afvalstromen en algen. In partnerships wordt technologie ontwikkeld om C5-suikers uit houtachtige materialen te ontsluiten. Anders dan bij de productie van basismonomeren als ethanol en melkzuur uit C6-suikers zijn hier de uitdagingen groot. Het is juist op dit vlak dat Wageningen met zijn kennisvoorsprong het verschil maakt voor klanten, stelt onderzoeker Paulien Harmsen. ‘Kijkend naar de natuur zijn de C-6 suikers het meest aanwezig, veelal gewonnen uit suikerbiet, riet en palm of uit zetmeel in aardappelen. Cellulose, ook een C6-suiker, wordt als tweede generatie grondstoffen ook een steeds belangrijkere bron. Daar is een hele rits aan ontsluitingsmethoden voor ontwikkeld die wereldwijd veel worden toegepast. Waar wij hier vooral naar kijken, is het winnen van suikers uit andere stromen met een organische fractie, zoals huisvuil, lignine en algen. Ons sterke punt is dat we routes ontwikkelen om dit soort lastige biomaterialen met minder inzet van energie en chemicaliën om te zetten naar chemische bouwblokken. We kijken bijvoorbeeld naar de verwaarding van lignine en werken aan het ontsluiten van C5-suikers, want die zijn onderbenut. C5-suikers zijn een grondstof voor furanen die onder andere worden gebruikt voor de productie van PEF-flessen.’
Refiner
De pilot plant beschikt onder meer over een ‘refiner’ van 50 liter om houtachtige gewassen uit elkaar te halen. Het is techniek die gebruikt wordt in de papierindustrie. Toevoeging van zuur breekt de biomassa versneld af, terwijl de draaiende massa met een schroef langs de kant van de reactor wordt gedrukt. Harmsen: ‘Als je water en katalysatoren gebruikt, krijg je een heel goede menging van ingrediënten. De pulp kunnen we met allerlei apparatuur behandelen, zoals een centrifuge, om lignine te isoleren of je kunt de biomassa uitpersen met een wandpers. Dat residu kun je dan weer verder verwerken. Denk aan een geconcentreerde suikeroplossing die doorgegeven wordt aan de collega’s van chemie of fermentatie. Zij gaan verder met onze intermediaire producten.’
Glutaarzuur-route naar 2,5-FDCA
Veel partners besteden het als lastig bekend staande onderzoek van biomaterialen uit aan een van de laboratoria in het Ilex. Bij veel bedrijven ontbreekt het aan expertise om dit soort R&D-trajecten in eigen beheer uit te voeren. De labs beschikken over vrijwel alle, noodzakelijk hightech apparatuur. Waar nodig kunnen ze elders in Wageningen terecht voor instrumentatie. Er is een schat aan ervaring opgebouwd in chemisch-analytisch onderzoek van biobased grondstoffen, zowel op het gebied van methode-ontwikkeling, synthese als opschaling. Het chemielab werkt in samenwerking met Cosun aan een geoptimaliseerde syntheseroute voor de productie van glutaarzuur uit galacturonzuur dat gewonnen wordt uit bietenpulp. In een volgende stap wordt glutaarzuur omgezet naar 2,5-FDCA, de bouwsteen voor PEF, een polymeer van furaandicarbonzuur. Inzet is tot een zo hoog mogelijke zuiverheid te komen. De vorming van nevenproducten is namelijk een probleem bij de productie van 2,5-FDCA.
Intel inside
De geoptimaliseerde route werd zes jaar geleden bedacht, zegt Jacco van Haveren. Sindsdien is een continu proces van finetuning aan de gang. ‘Cosun kwam zes jaar geleden naar ons toe met de vraag wat ze met suikerbietenpulp konden. Hebben jullie ideeën? Zo kwamen we op die route naar PEF. De productie van PEF draait nu in de pilot plant bij het nieuwe Cosun Expertise Centre. Onderschat dit soort trajecten niet. In de chemische technologie is 10 tot 12 jaar eigenlijk al snel om iets te commercialiseren. De productie van PEF wordt nu in de plant van Avantium in Antwerpen grootschalig uitgetest. Wij zijn een van de partners in dit project, waarbij wij de lastige zaken als het ontwikkelen van de juiste katalysatoren voor hen uitvoeren. We zijn een een preferred partner binnen hun pilot project. Als contractresearch organisatie zijn we een soort Intel Inside.’
Zeewier heeft veel potentie, stelt Harmsen, maar is door de complexe samenstelling bijzonder lastig te kraken. ‘De recalcitrante materialen in zeewier voorkomen dat je er goedkoop suikers en andere componenten uit kunt winnen, zoals vetten en eiwitten. Daarbij wil je de functionele eigenschappen die in de chemische bouwstenen van nature voorkomen, behouden. Die wil je benutten voor je chemicaliën, wat meerwaarde biedt ten opzichte van petrochemische grondstoffen.’
