Tekst: Leendert van der Ent | Beeld: VITO
Tekst: Leendert van der Ent | Beeld: VITO
Het EU-project BioRECO2VER werkte aan het verbeteren van biologische processen die CO2 via de inzet van micro-organismen omzetten in chemische bouwstenen. VITO ontwikkelde een hogedrukfermentor, waarmee uiteenlopende praktijkcases beproefd werden.
Op de lange termijn zou de overstap van de industrie naar waterstof (H2) een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het verminderen van de CO2-uitstoot. In die stap verdwijnt de koolstof (C) uit het verhaal. Maar Heleen De Wever, projectmanager bij VITO, zegt dat volledige decarbonisatie voor de chemie- en materialensector geen optie is.
“De brede range aan eigenschappen van veel producten is grotendeels toe te schrijven aan de koolstof.” Om de uitstoot toch significant te verminderen, is daarom gewerkt aan Carbon Capture and Utilization (CCU) op industriële CO2 puntbronnen. Binnen dit kader heeft het BioRECO2VER project onderzocht hoe CO2 efficiënter kan worden afgevangen en of biotechnologie goed werkt voor het omzetten van CO2-houdende praktijkemissies in nieuwe chemische bouwstenen.
Daarmee dekte het project een groot deel van de productieketen van chemische bouwstenen uit CO2 af. Specifiek is gemikt op de productie van isobuteen (C4H8) en melkzuur (lactaat – C3H6O3), twee producten die representatief zijn voor een veel bredere groep chemicaliën. Isobuteen is het uitgangsproduct voor de synthese van talrijke producten zoals butylrubber, polyisobuteen, vertakte aldehyden, carbonzuren, alcoholen en alkenen. Melkzuur is de grondstof voor de productie van het veelgebruikte biologische afbreekbare polymeer polymelkzuur.
Installaties voor het grootschalig afvangen van CO2 bestaan al. Probleem met het sorptieproces in deze amine-scrubbers is dat ze onder een hoge procestemperatuur werken.
De Wever: “Ze vangen heel effectief CO2 af, maar kosten veel energie. Om de energiebalans te verbeteren is binnen BioRECO2VER gekeken naar een hybride chemisch-enzymatisch alternatief. Daarvoor werd een alternatief amine geselecteerd dat bij lagere temperatuur kan worden geregenereerd. Om de lagere sorptiesnelheid te compenseren, wordt een enzym toegevoegd. De combinatie met biokatalyse leverde een veelbelovend proces op dat onder een veel lagere temperatuur kan plaatsvinden.” Met deze aanpak kan afvang gecombineerd worden met voorbehandeling van emissiestromen – vooral het concentreren van de CO2-stroom.
“VITO heeft de bacteriën letterlijk onder druk gezet om hun werk sneller uit te voeren”Heleen De Wever, projectleider bij VITO
Na het afvangen en concentreren van de CO2-stroom is de volgende vraag hoe deze omgezet kan worden in nuttige producten. Dat kan en gebeurt ook al grootschalig in fermentoren. De emissiegassen worden daarin blootgesteld aan speciaal ontwikkelde micro-organismen die de gewenste omzetting realiseren. Alleen zijn de gassen moeilijk oplosbaar in water waardoor die bacteriën mogelijk nogal langzaam werken, wat de technische en economische haalbaarheid van de conversieprocessen niet ten goede komt. Daarom heeft VITO de bacteriën letterlijk onder druk gezet om hun werk sneller uit te voeren. De daarvoor ontwikkelde bioreactor kan drukken tot 10 bar aan.
“We hebben deze flexibele pilot-infrastructuur ondertussen getest met praktijkemissies”, zegt De Wever. “Daarmee zijn we klaar om aan de slag te gaan voor ontwikkelaars van micro-organismen en bedrijven met een emissieprobleem. We kunnen aan alle gewenste knoppen in het proces draaien. De hogedrukfermentor kan diverse emissiestromen uit de praktijk aan en kan getest worden met een breed scala aan micro-organismen. Zo kunnen we voor elke case testen tot we daarvoor het optimale resultaat bereiken. Het gaat zowel om een technische als een economische evaluatie.”
Dat laatste is uiteraard erg belangrijk, legt De Wever uit: “Door in onze installatie te gaan testen, kunnen klanten meer duidelijkheid krijgen over de benodigde investeringskosten voor ze daadwerkelijk in een installatie investeren. Dat geeft een stuk meer zekerheid en brengt daarmee praktijktoepassing dichterbij.”
“We kunnen aan alle gewenste knoppen in het proces draaien”De Wever, VITO
De Wever maakt duidelijk dat omzetting tot bulkproducten voorlopig moeilijk economisch haalbaar is. “Prijzen voor bulkchemicaliën liggen onder de duizend dollar per ton, terwijl industriële gasfermentaties volgens publiek beschikbare informatie een investering van tussen de drieduizend en zesduizend dollar per ton product vergen. Het zal duidelijk zijn dat het in eerste instantie om producten met een hoge toegevoegde waarde moet gaan. De verwachting is wel dat de kostprijs op termijn zal dalen.”
Nu kun je wel producten uit CO2 gaan maken, maar accepteert de consument die ook? Consumenten zijn zich ervan bewust dat CO2 verantwoordelijk is voor klimaatverandering. Dat zou ertoe kunnen leiden dat ze producten die daarop gebaseerd zijn ten onrechte juist zien als ‘schadelijk’ of ‘negatief’ in plaats van groen. Het onderzoek maakte duidelijk dat consumenten eigenlijk bitter weinig weten over het feit dat producten gemaakt kunnen worden uit CO2. Ze bleken zonder verdere uitleg soms huiverig om de producten te gebruiken als deze in contact komen met de huid. Dat is van belang, omdat cosmetica bij uitstek tot de producten met hoge toegevoegde waarde kunnen horen, waarmee de toepassing zou kunnen beginnen. Gelukkig blijkt, dat wanneer de context goed wordt uitgelegd, mensen juist aangenaam verrast kunnen raken. Het is de kunst om de consument mee te nemen naar een groenere toekomst. ●
________________________________________________
Eind 2021 werd het Europese onderzoeksproject BioRECO2VER afgerond (Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma, grant agreement 760431, www.bioreco2ver.eu/). Het doel was Carbon Capture and Utilization verder te brengen. De Luleå University of Technology (LTU) werkte vooral aan verbetering van de Carbon Capture-stap. Projectcoördinator VITO (Vlaams Instituut voor Technologisch Onderzoek) richtte zich op de omzetting van CO2 naar chemische bouwstenen in fermentaties bij verhoogde druk. De University of Girona werkte aan bio-elektrochemische reactoren en concepten. Het NOVA Institute in Hürth nam onder andere consumentacceptatie in beschouwing. Daarnaast waren nog zeven andere bedrijven en één onderzoeksinstituut betrokken.
