Project

Biomassa efficiënter inzetten voor chemie en brandstof

Biomassa kan uit oogpunt van energie-efficiency veel beter worden gebruikt voor de productie van stikstofrijke chemicaliën dan voor het opwekken van elektriciteit of voor het produceren van zogeheten biobrandstoffen.

Wageningen UR is met enkele partners bezig met een project om met behulp van gist en schimmel uit biomassa cyanophycine te winnen, een belangrijke grondstof voor zogeheten bulkchemicaliën. En gelijktijdig wordt ook ethanol geproduceerd. Dit is een unieke vorm van procesintegratie.

De productie van stikstofhoudende bulkchemicaliën, die als basis dienen voor bijvoorbeeld plastics en nylon, kost erg veel energie. Naast de naftagrondstof zijn namelijk ook diverse chemicaliën - zoals chloor en ammoniak - nodig. Bij de aanmaak van deze chemicaliën wordt erg veel elektriciteit en aardgas gebruikt.

Uit oogpunt van energiebesparing is het veel beter om voor de productie van stikstofrijke chemicaliën biomassa(fracties) in te zetten die in structuur al lijken op deze stoffen. Op deze manier is met biomassa een twee- tot viermaal hogere energie-efficiëntie te behalen dan bij de inzet van de biomassa voor de productie van elektriciteit of transportbrandstof.

Bioraffinage

Het project N-ergy is erop gericht om uit te zoeken welke technologie voor deze bioraffinage-route geschikt is en die op grote en rendabele schaal kan worden toegepast. Het project richt zich op een fermentatieproces, waarin een gist- of schimmelstam wordt ontwikkeld die in staat is een onoplosbaar biopolymeer (‘bioplastic’) op te hopen en gelijktijdig ethanol te produceren. In dit geval betreft het cyanophycine, dat via bioraffinage uit bijvoorbeeld gras, aardappelen of voederbieten wordt gewonnen.

Cyanophycine

Cyanophycine - met als voornaamste splitsingsproducten polyaspartaat en arginine - kan dienen als grondstof voor de productie van bulkchemicaliën, zoals butaandiamine, ureum en acrylonitril. Polyaspartaat is mogelijk geschikt als vervanger van polyacrylaat. Om de arginine uit het polymeer te winnen, zijn verschillende stappen nodig en vervolgens moeten enzymen worden ingezet om de splitsingsproducten verder te modificeren. Onderzocht wordt hoe en in welke volgorde deze enzymen kosteneffectief kunnen worden toegepast in een industrieel proces. Ook wordt bekeken welke stappen gecombineerd en welke opeenvolgend moeten worden uitgevoerd, en hoe de eindproducten zuiver genoeg zijn te maken voor opname in de huidige petrochemische route.

Transformatiesysteem

Het is in Münster inmiddels gelukt om cyanophycine te produceren in bakkersgist. Momenteel wordt de productie geoptimaliseerd en geprobeerd om cyanophycines met verschillende samenstellingen te produceren. Ook is een transformatiesysteem voor de schimmel opgezet, maar de productie van cyanophycine in schimmel is tot op heden niet succesvol.

De eerste stappen van het omzetten van cyanophycine in bulkchemicaliën zijn inmiddels ook gezet. Twee enzymen zijn succesvol geïmmobiliseerd en getest om de eerste stappen in de totale omzetting naar bulkchemicaliën te kunnen uitvoeren. De focus ligt nu op het hydrolyseren van cyanophycine met behulp van een heterogene katalysator.

Partners

In het N-ergy project werken vier partners samen. De groep van Fungal genomics (Wageningen UR) werkt aan productie van cyanophycine door een schimmel. In Duitsland werkt het Instituut voor moleculaire microbiologie en biotechnologie van de Westfälische Wilhelms Universiteit in Münster aan de productie van dit polymeer in bakkersgist. De twee andere partners werken aan het omzetten van cyanophycine in stikstofhoudende bulkchemicaliën. Het betreft de leerstoelgroep Valorisatie van Plantaardige Productieketens en het Laboratorium voor Organische Chemie van de Wageningen UR. Energie Onderzoekcentrum Nederland (ECN) helpt het industriële proces vorm te geven en Easthouse Business Solutions BV aan het vermarkten van het systeem. Agrotechnologie & Voedingswetenschappen test de mogelijkheid om agrarische reststromen om te zetten in cyanophycine en ethanol.