Photanol zoekt op het Amsterdam Science Park naar de perfecte condities waaronder cyanobacteriën duurzame grondstoffen voor de chemie-industrie kunnen produceren. Beheersing van het bioreactoronderzoek is cruciaal voor opschaling.

Tekst: Vincent Hentzepeter | Fotografie: Foodnote

Tientallen bioreactoren staan te borrelen in de laboratoria van Photanol. De cyanobacteriën – ook bekend als blauwalgen of blauwwieren – moeten bij de optimale temperatuur en lichtintensiteit continu gevoed worden met een juiste dosis CO₂. Via fotosynthese zetten ze de koolstof in koolstofdioxide om in organische verbindingen die als bouwstenen kunnen dienen voor bijvoorbeeld polymeren in de chemische industrie. Een toepassing is organische grondstoffen, waarvoor een partnerschap is aangegaan met Nobian, een onderdeel van Nouryon. Het concern is een belangrijke bondgenoot in het onderzoek naar duurzame winning van grondstoffen met blauwalgen ter vervanging van fossiele. In een pilotinstallatie in het Amsterdamse Prodock-gebouw en in een demofabriek op Chemie Park Delfzijl test Photanol of de resultaten onder R&D- en pilotcondities ook voor productieschaal gelden. “Het doel is om in de demofabriek 50.000 liter microalgen te cultiveren”, zegt Sabrina Botton, Senior Scientist, Upscaling Team Lead. “Het gaat daar nu om serieuze hoeveelheden, er is een extra team opgezet.”

Geoptimaliseerde kweekmethode

Photanol groeit als kool, ervaart Botton zelf. Het partnerschap met onder andere Corbion en Nobian helpen erg in deze ontwikkelingen. Ook de samenwerking met partner Renolit, de Duitse ontwikkelaar van plasticfolies en slangen, zorgt voor nieuwe ontwikkelingen binnen de jonge onderneming. De startup werd zo’n tien jaar geleden opgericht .“We produceerden aanvankelijk lactaat, melkzuur, met cyanobacteriën die we daarvoor speciaal aanpasten met genen van andere bacteriën”, zegt Botton. “Lactaat is de bouwsteen voor melkzuurpolymeren, een van de belangrijkste grondstoffen voor bioplastics. Gaandeweg ontdekten we en vonden we bewijs dat het ook mogelijk was andere moleculen te produceren. Samen met onze partner Corbion besloten we ons te concentreren op de productie van bepaalde organische zuren. Ons onderzoek wordt steeds interessanter, zeker nu ook overheden de circulaire economie stimuleren en strengere regels gaan toepassen op de uitstoot van CO₂. Wij bieden een heel goed alternatief voor fossiele brandstoffen. Om te bewijzen dat we ook economisch competitief zijn op industriële schaal, zijn we op dit moment nog wel afhankelijk van investeerders, partners en overheidssubsidies.”

Wij bieden een heel goed alternatief voor fossiele brandstoffen
Sabrina Botton, Senior Scientist, Upscaling Team Lead bij Photanol

Koolstoffixatie

Waar Botton en haar team in het bioreactoronderzoek aan werken is katalyse van specifieke, organische bestanddelen met cellen als grondstoffabriekjes. “Gebruik makend van genen van andere bacteriën en hun enzymatische eigenschappen zijn cyanobacteriën de ideale cellen om met licht en CO₂ biomassa te maken: koolstoffixatie. In de praktijk moet je een effectieve combinatie vinden van allerlei genetische bouwblokken en die in je stam krijgen. Van E. Colibacteriën en gisten is hierover veel in de literatuur te vinden, voor cyanobacteriën is er veel minder beschikbaar. Bij ons onderzoek komt daarom veel trial-and-error kijken.”

CO₂-concentraties

Voor het onderzoek volstaan speciale reactoren voor de bacteriekweek. Daarbij gaat het om het creëren van de juiste condities en het controleren van de omstandigheden met goede meetapparatuur. Botton: “Zonder licht geen fotosynthese en geen koolstoffixatie, dus dat is een belangrijke factor. We proberen de condities te optimaliseren voor het cultiveren van de bacteriën, zoals temperatuur, CO₂-gehalte, pH en nutriënten.” Dat is experimenteren, balanceren, aanpassen en finetunen. Met diverse parameters die elkaar beïnvloeden is het zaak exact te weten wat er in en uit het systeem gaat. “Hoeveel CO₂ moet je toevoeren?”, vraagt Botton. “Meer of minder heeft ook effect op de pH en je kweekcondities. Je moet exact weten hoeveel je hiervan geeft. Door parameters hoger of lager te kiezen, werken we toe naar een optimum. Dat proberen we dan op pilotschaal te implementeren, dat zit je zo op 1.000 liter, en gaat dat goed, dan gaan we naar demoschaal.”

We proberen de condities te optimaliseren voor het cultiveren van de bacteriën, zoals temperatuur, CO₂-gehalte, pH en nutriënten
Sabrina Botton, Senior Scientist, Upscaling Team Lead bij Photanol

Meet- en regeltechniek

Sinds de aanschaf van de nieuwe meet- en regeltechniek van Vögtlin kunnen de onderzoekers de processen veel beter beheersen, want de massa­flowcontrollers regelen exact de toevoer van CO₂, een zeer belangrijke parameter in het proces. “We moeten precisie-instrumenten hebben om de culturen onder gecontroleerde omstandigheden te laten groeien”, legt Botton uit. “Met deze massaflowcontrollers is de foutenmarge omlaag gebracht van zo’n 10 naar 1%. Die precisie is cruciaal voor de opschaling, want je moet je onderzoek kunnen reproduceren. Weten wat je doet en wat er in de bioreactoren gebeurt, daar draait het om, en dat hebben we nu in de vingers.”

Groen productieproces

Duurzame productie van grondstoffen staat voorop bij Photanol. Het voordeel van cyanobacteriën is dat ze voor de productie van bouwstenen genoeg hebben aan CO₂ en licht, dat levert een heel groen productieproces op. Botton: “Bij de kweek van melkzuurbacteriën moet je die voeden met suiker. Ons proces is duurzamer, omdat dat niet hoeft, maar het gaat wel langzamer. Alles wat je nodig hebt is een locatie waar het warm is en waar genoeg licht is.”

BlauwalgenPhotanolcyanobacteriën