Biogebaseerde chemicaliën

Wat zijn bio-gebaseerde chemicaliën?

Tot nu toe is de productie van chemicaliën voornamelijk gebaseerd op fossiele brandstoffen zoals ruwe olie, kolen of aardgas. Fossiele bronnen zijn echter beperkt en verhogen niet alleen de verbranding maar ook de verwerking ervan de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer. Miljoenen opgeslagen koolstof komen terug in de materiaalcyclus. Allereerst is deze koolstof al een tijdje gebonden aan de chemicaliën en de producten die daaruit worden geproduceerd. Op de langere termijn worden deze stoffen en producten echter opnieuw afgebroken of verbrand als onderdeel van de materiaalkringloop en geven ze extra koolstofdioxide af.

Om de opwarming van de aarde in toom te houden, moeten fossiele grondstoffen daarom worden vervangen door hernieuwbare grondstoffen. Tegelijkertijd komt deze behoefte ook voort uit het feit dat fossiele hulpbronnen schaars zijn en steeds moeilijker te ontginnen. De toekomst ligt in de bio-economie, waar de natuur de chemische fabriek vervangt.

Op dit moment worden wereldwijd strategieën ontwikkeld voor het maken van de overgang van conventionele naar bio-gebaseerde chemie. De staten van de Europese Unie hebben bijvoorbeeld zichzelf ten doel gesteld de uitstoot van broeikasgassen in 2030 met 40 procent te verminderen ten opzichte van het niveau van 1990. Een vereiste is dat tegen 2020 ten minste 20 procent van de materialen op biobased moet zijn. Dit aandeel zou dan tegen 2030 moeten oplopen tot 25 procent. Bio-gebaseerde chemie maakt gebruik van nieuwe productiemethoden op basis van het gebruik van biomassa uit hernieuwbare grondstoffen.

Al in 2004 werden 12 basischemicaliën voor de chemische industrie genoemd door het National Renewable Energy Laboratory NREL, dat ook biochemisch kan worden geproduceerd. In de EU bevat het RoadToBio-project dat in 2017 werd gelanceerd ook 120 biobased chemicaliën met economisch potentieel. Er is een kruising van chemicaliën die in beide lijsten voorkomen. Deze omvatten barnsteenzuur, para-xyleen, propyleenglycol en glycerine.

Barnsteenzuur, ook bekend als succinylic zuur, wordt hoofdzakelijk geproduceerd uit aardolie-afgeleide stoffen en wordt hoofdzakelijk gebruikt voor de synthese van speciale chemicaliën. Het heeft echter ook het potentieel om te dienen als grondstof voor polyurethaan. Succinylic zuur kan ook biotechnologisch worden geproduceerd door fermentatie van koolhydraten. Verschillende chemische bedrijven verwachten dat succinylic acid in de toekomst een zogenaamde platformchemical zal worden, waardoor het een enorm scala aan producten kan produceren.

Een belangrijke chemische stof is ook paraxyleen. Het dient als een uitgangsmateriaal voor de productie van polyesters waarvan de belangrijkste vertegenwoordiger polyethyleentereftalaat (PET) is. PET-flessen, -vezels en -films worden op hun beurt gemaakt van PET. Paraxyleen is tot dusverre verkregen uit op aardolie gebaseerde koolwaterstofmengsels. De mengsels van koolwaterstoffen kunnen ook worden geproduceerd door chemische afbraak van cellulose of lignine. Verder wordt suiker eerst omgezet in isobutanol door gistfermentatie. Isobutanol dient vervolgens als uitgangsmateriaal voor de productie van para-xyleen.

Propyleenglycol en glycerine worden ook basischemicaliën voor veel chemische synthesen. Conventioneel wordt propyleenglycol gewonnen uit propyleen. Het kan ook worden gemaakt van glycerol op biologische basis door reductie met metaalkatalysatoren. Glycerine wordt tegenwoordig al grotendeels biologisch geproduceerd. Het wordt geproduceerd in het kader van de productie van biodiesel door de verestering van plantaardige oliën met alcohol als bijproduct.

Ten slotte worden er nieuwe productieprocessen ontwikkeld die bio-gebaseerde chemicaliën gebruiken zonder equivalent in de conventionele chemie.