Duurzame plastics uit natuurlijke bronnen

"Witte biotechnologie", ook bekend als industriële biotechnologie, beschrijft de productie van organische chemicaliën en/of werkzame ingrediënten met behulp van geoptimaliseerde micro-organismen (gist of bacteriën) en/of enzymen. Het biedt een groot aantal voordelen, doordat wetenschappers in staat worden gesteld om duurzame en efficiënte oplossingen te ontwikkelen in verschillende industrieën, zoals de productie van milieuvriendelijke biobrandstoffen, bioplastics en “biobased” chemicaliën, die allemaal onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen en de impact ervan op het milieu minimaliseren.

Bovendien vergemakkelijkt witte biotechnologie het creëren van efficiëntere en rendabelere productieprocessen, wat leidt tot een lager energieverbruik, minder afvalproductie en een geringer gebruik van resources. Door zijn innovatieve toepassingen kan dit gebied een transitie naar een groenere en duurzamere economie stimuleren, waarbij mondiale uitdagingen worden aangepakt en technologische vooruitgang wordt bevorderd.

Witte biotechnologie draagt ook bij tot de ontwikkeling van veiligere en gezondere consumentenproducten. Het speelt een cruciale rol bij de productie van enzymen voor reinigingsmiddelen, textiel en voedselverwerking, waardoor de efficiëntie van deze processen wordt verbeterd en de behoefte aan agressieve chemicaliën wordt geminimaliseerd.

GEA is altijd geïnteresseerd geweest in innovatieve nieuwe methoden, vooral als deze bijdragen tot het behoud van hulpbronnen en milieuvriendelijke productie van alternatieven voor conventionele chemische producten op oliebasis mogelijk maken. En omdat we vanaf het begin in deze nieuwe technologie geloofden, was het onderwerp van geanimeerde gesprekken op congressen, in de preparatie van expertise op verschillende afdelingen, en natuurlijk in het eigen technologiecentrum van ons bedrijf waar nieuwe theorieën werden getest en geïmplementeerd.

Belangrijke aandachtspunten waren “biobased” chemicaliën en bioraffinage — processen waarbij micro-organismen worden gebruikt om natuurlijke, hernieuwbare grondstoffen zoals zetmeel, suiker, cellulose en afvalbiomassa om te zetten in een verscheidenheid aan tussen- en eindproducten. Van bijzonder belang waren biopolymeren. Voor de duidelijkheid: terwijl gewone polymeren elke categorie natuurlijke of synthetische stoffen omvatten die bestaat uit zeer grote macromoleculen, worden hun "bio" soortgenoten ofwel chemisch gesynthetiseerd uit een biologisch materiaal, of volledig biologisch gesynthetiseerd door levende organismen. Deze milieuvriendelijke vervangers voor polymeren op oliebasis kunnen onder andere worden gebruikt om duurzame kunststoffen te maken. 

Plastic ja. Olie nee!

Biopolymeren worden altijd verkregen uit hernieuwbare grondstoffen. Maar de term is dubbelzinnig. Aan de ene kant worden ze gebruikt voor de productie van nieuwe stoffen die volledig biologisch afbreekbaar zijn. Dit is zeer wenselijk als het gaat om verpakkingen voor take-away voedsel of tassen voor zendingen uit online winkels. Aan de andere kant moeten producten zoals hulpstukken voor auto’s zo lang mogelijk robuust, betrouwbaar en veerkrachtig blijven. Biopolymeren maken dit ook mogelijk: ze kunnen worden gebruikt om plastics te maken die duurzaam zijn, maar ook voldoen aan dezelfde veiligheidsnormen als polymeren op petroleumbasis. Een ander voordeel van biopolymeren is dat bestaande productieprocessen gemakkelijk kunnen worden aangepast om ze te maken. De levensmiddelen- en diervoersector houdt zich al lange tijd bezig met de productie en het gebruik van aminozuren. Lysine wordt bijvoorbeeld gebruikt voor veevoer. Het vermindert de consumptie van soja, vismeel en tarwe en leidt tot evenwichtige diervoeding. Enzymatische omzettingsprocessen kunnen aminozuren zoals lysine koppelen aan biopolymeren, die vervolgens kunnen worden gebruikt om nylon te produceren in plaats van voer.

Natuurlijke energiecentrales: bacteriën

Het proces waarbij biopolymeren worden geproduceerd is ook natuurlijk. "Micro-organismen doen dat voor ons", legt Product Sales Manager Jens Bühring, een expert op het gebied van centrifugaalscheidingstechnologie, uit. "In een zogenaamde fermentor worden de micro-organismen eerst gevoed met suiker of zetmeel waarna ze vervolgens de gewenste tussenproducten of soms zelfs afgewerkte polymeren produceren."

Collega-scheidingsexpert Burkhard Schiemann voegt hieraan toe: "Om onze bacteriën te motiveren om biopolymeren te produceren, zorgen we eerst voor ideale omgevingsomstandigheden. Met andere woorden, we voeden ze met zuurstof, suiker en mineralen. De bacteriën voelen zich dan comfortabel en vermenigvuldigen zich. Als er genoeg organismen in de fermentor zitten, veranderen we deze zeer positieve omstandigheden door de suiker uit het groeimedium te halen of de pH van hun omgeving te veranderen."

Hierdoor raken de bacteriën gestrest: ze beseffen dat er iets is veranderd en dat er nu waarschijnlijk "slechte tijden" voor hun aankomen. Als coping-mechanisme slaan de organismen bepaalde stoffen op. Dit kunnen bijvoorbeeld polymeren zijn. "Voor de bacteriën is het een noodvoorziening om zich voor te bereiden op wat er ook komt; voor ons zijn het waardevolle en veelzijdige chemische verbindingen die zeer interessant zijn", voegt Burkhard toe. 

Hoge centrifugale kracht voor meer duurzaamheid

Om van natuurlijk geproduceerde polymeren een concurrerend product te maken, wenden bedrijven zich vaak tot de scheidingstechnologie van GEA. "Om deze natuurlijke fabrieken economisch te kunnen gebruiken, biedt centrifugatie een aantal voordelen", vertelt Jens Bühring. "Als mechanisch proces dat gebruikt kan worden voor de scheiding van biomassa — de totale hoeveelheid of het gewicht van organismen in een bepaald gebied of volume — zijn centrifuges hulpbronnenvriendelijk en werken op een uiterst efficiënte manier. Of het nu gaat om het werken met de grondstof of het verwerken van het tussenproduct, GEA heeft veel expertise op dit gebied en levert ook downstream verwerkingsapparatuur … helemaal tot aan het eindproduct."

De voordelen zijn talrijk: "Onze klanten zijn al heel goed bekend met veel van de upstream processtappen, zoals materiaalverwerking en fermentatie, en beschikken over zowel de vereiste expertise als de benodigde apparatuur. Met nog een paar stappen meer heeft diezelfde klant nu toegang tot een extra markt", zegt Burkhard Schiemann.

Melkzuur als voorbeeld. Naast het traditionele gebruik als verzurend middel in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie wordt het nu ook op grote schaal gebruikt als ingrediënt voor een biologisch afbreekbaar plastic met de naam polymelkzuur (PLA), dankzij de actieve ondersteuning van GEA.

"We kunnen onze klanten ook helpen met procesontwikkeling", zegt Jens Bühring: "Dit heeft veel voordelen omdat processen die perfect werken op laboratoriumschaal niet altijd zomaar kunnen worden overgeheveld naar industriestandaarden (of capaciteiten). Om onaangename verrassingen te voorkomen, helpen we graag met onze expertise en de juiste GEA-apparatuur … want niets is zuiniger en efficiënter dan het samen plannen van processen."