Milieuwinst ontwikkelde biobased materialen onder de loep

Project

Milieuwinst ontwikkelde biobased materialen onder de loep

Biobased materialen hebben zich ontwikkeld van eenmalige wegwerpverpakkingen tot hoogwaardige kunststoffen voor industriële toepassingen. Ondanks de milieuvoordelen van hernieuwbare grondstoffen zijn er nog belangrijke verbeteringen mogelijk in de productie, zo concludeerden onderzoekers van SUSTAIN.

Hoe milieuvriendelijk is de productie van biobased materialen nu eigenlijk ten opzichte van oliegebaseerde producten? Met die vraag ging Li Shen, senior onderzoeker van de vakgroep Energy & Resources van Utrecht University, aan de slag. Shen was nauw betrokken bij diverse projecten van BPM. Ze evalueerde de CO2-emissies en het energiegebruik tijdens de hele productieketen van biobased chemicaliën en materialen die in het BPM-programma ontwikkeld zijn en keek naar de milieuwinst ten opzichte van oliegebaseerde producten. Op basis van haar bevindingen adviseerde ze over de grondstofkeuze en verbeteringen in het productieproces. ‘Er is geen algemeen geldende conclusie voor alle biobased materialen’, zegt Shen. ‘Het plaatje is niet zwart-wit. Maar sommige biobased materialen zijn wel heel veelbelovend, zoals methacrylaat geproduceerd uit citroenzuur.’

Milieu-impact

Voor haar gedetailleerde milieuevaluatie van biobased materialen bekeek Shen, naast CO2-emissies en het energiegebruik, ook de herkomst van grondstoffen en het landgebruik. Ze analyseerde alle verzamelde gegevens door middel van wiskundige modellen en stelde zo een life cycle assessment (LCA) op. Zo’n LCA geeft een goed beeld van de complete milieu-impact gedurende de hele levenscyclus van het product, tot aan het moment dat het eindproduct de fabriek verlaat. ‘In een LCA analyseren we de milieueffecten van elke stap in de levenscyclus van het product’, legt Shen uit. ‘Het winnen van de grondstoffen, bijvoorbeeld het boren naar olie, maar ook het transport, en alle stappen in het uiteindelijke productieproces.’ Op basis van die gegevens kon zij adviseren over de grondstofmateriaalkeuze voor biobased materialen en daarnaast een objectieve vergelijking maken met oliegebaseerde producten. Zo bleek bij de productie van biobased polyurethaan (NOPANIC) dat de omzetting van glycerol in cyclische carbonaten heel efficiënt is. Die stoffen koppelen zich vervolgens aan amines en vormen zo samen een polymeer. Maar de productie van die amines is volgens Shen voor verbetering vatbaar, omdat die relatief gezien heel veel energie kost.

Fikse uitdaging

Biobased materialen kunnen grote milieuvoordelen hebben ten opzichte van oliegebaseerde stoffen, maar dit plaatje is niet zo zwart-wit als het lijkt. Biobased grondstoffen hebben vaak netto geen CO2-uitstoot en zijn gemaakt op basis van planten en dus hernieuwbaar, maar het energiegebruik tijdens het productieproces kan wel fors hoger uitvallen dan dat van oliegebaseerde producten. Dat is niet meer dan logisch. Biobased productieprocessen zijn vaak nog niet geoptimaliseerd: ze bevinden zich in een beginfase. Volgens Shen ligt hier voor sommige materialen nog een uitdaging. Zo is er voor de biobased polyamiden nog een flinke slag te maken: de productie kost nog aanzienlijk meer energie vergeleken met de oliegebaseerde variant. ‘Je hebt dan wel een biobased eindproduct, maar vanwege de hoge energiebehoefte zal men dan toch flink op het energiegebruik moeten besparen of toch een volledig nieuwe chemische omzettingsroute moeten overwegen’, stelt Shen.

Energiebesparing

Ondanks de uitdagingen die er nog liggen, wordt de productie van biobased materialen steeds efficiënter en is er in dat opzicht de laatste tien jaar forse winst geboekt. Zo is de productie van PLA drastisch verbeterd. PLA-producent NatureWorks heeft de verwerking van de grondstof, maïs, energiezuiniger gemaakt en ook de fermentatie verbeterd. Dankzij die optimalisatie is veel minder energie nodig én liggen CO2-emissies veel lager. Voor andere materialen is er nog veel winst te behalen, bijvoorbeeld voor biobased styreen. Het gebruik van energie, oplosmiddelen en reactieve stoffen in dit productieproces moet volgens de onderzoeker omlaag. Soms betekent dat een heel nieuwe aanpak. Dit gebeurde bij de fabricage van biobased polystyreen (ACTION-project). ‘Onderzoekers produceerden die stof eerst uit aminozuren, maar dat kostte heel veel energie’, vertelt Shen. ‘Een compleet nieuwe productiemethode, gebaseerd op citroenzuur in plaats van aminozuren, leverde veel energiewinst op.’ Ondanks de uitdagingen is een efficiëntere productie van biobased materialen volgens de onderzoeker slechts een kwestie van tijd. Shen: ‘Biobased materialen hebben absoluut de toekomst, want op langere termijn zullen we door olieschaarste traditionele producten moeten gaan vervangen. Dat betekent dat er steeds meer vraag naar biobased producten komt.’