Tijdens dit webinar, gemodereerd door Jappe de Best, lector biobased resources & energy bij Avans Hogeschool, presenteerde een aantal sprekers actuele resultaten uit hun PHA-onderzoek. Zo gingen Ischa Lamot, lector/onderzoeker Biobased Technology van Avans Hogeschool en Thomas Uhrig, PhD kandidaat van de Technische Universiteit Kaiserslautern, in op het Interreg-NWE project WOW! (Wider business Opportunities for raw materials from Wastewater), dat is gericht op het winnen van PHA, maar ook pyrolyseolie, biodiesel en biochar uit afvalwater.
Partners uit het VK, Duitsland, Nederland, België, Frankrijk en Luxemburg brengen daarbij expertise in. De productie vindt plaats bij de Technische Universiteit Kaiserslautern. Thomas Uhrig: “We maken PHA en sturen het naar Avans voor extractie. Daarna gaat de PHA naar Natureplast in Frankrijk, dat er via extrusie en injectie producten van maakt. VITO, onze partner in België, voert daar vervolgens weer een techno-economische analyse op uit.”
Het doel is het opzetten van een continu proces waarbij PHA wordt gemaakt uit rioolslib, dat veel vluchtige vetzuren bevat. Dit gebeurt onder realistische omstandigheden en zonder gebruik van hulpstoffen die de duurzaamheid verminderen. Het resultaat is een 98% zuivere PHA. Lamot: “De eerste batch is gedroogd en de volgende komt eraan. We gaan het nu extraheren en er samples van maken. Paques en Wetsus gaan vervolgens de extractie van PHA op pilotschaal opzetten.” Met een betrokkenheid van 14 studenten is het project goed geïntegreerd in het onderwijs. Meer informatie: www.nweurope.eu/wow
Vermarkting stimuleren
Een actueel project dat al een stap verder is, is PHA2US, waarbij een demonstratiefabriek zal worden gebouwd om de vermarkting van PHBV van de grond te tillen. “Hier gaat het om het beëindigen van de kip en het ei-discussie”, zegt Joâo Sousa, hoofd Emerging Technologies van Paques, een van de partijen in het consortium achter dit project, waaraan ook vijf waterschappen, STOWA en slibverwerker HVC Groep deelnemen.
De markt is namelijk terughoudend bij het ontwikkelen van applicaties voor PHA als er geen grootschalige productie is en die komt niet op gang indien er (nog) geen markt voor is. “PHA2USE is de essentiële stap waarbij dat wordt opgelost. We bouwen in Dordrecht een fabriek die 25kg PHBV per dag maakt.” In eerste instantie is dat bestemd voor toepassingen in de landbouw en de bouw: “Denk aan afbreekbare kopjes om plantjes in te laten groeien, maar ook aan zelfhelend beton.”
Inmiddels lopen er enkele korte pilot proeven, voornamelijk om de industriële apparatuur te testen. De fabriek wordt volgend jaar gebouwd. In 2022 start de productie en de eerste applicaties worden tussen 2022 en 2023 verwacht. Sousa: “Vanaf 2022 hebben we ook studenten nodig om het project te laten draaien.” Die kunnen zich aanmelden bij hun lector.
Circulaire biopolymeren
In Noord-Nederland loopt al sinds 2017 het project ‘Circulaire biopolymeren waardeketens voor PHA en Cellulose’ onder de vlag van BERNN, het samenwerkingsverband van de Rijksuniversiteit Groningen en de noordelijke hogescholen. Daar zijn ook diverse bedrijven bij betrokken. Doede Binnema, lector bij het Kenniscentrum Biobased Economy van de Hanzehogeschool Groningen legde uit wat de status is van dit project.
Inmiddels zijn er kansrijke bacteriën voor de productie van PHA geïdentificeerd en is het rDNA gekarakteriseerd. Nu wordt er gewerkt aan extractiemethoden die de inzet van organische oplosmiddelen overbodig maken. Tegelijkertijd wordt gewerkt aan opschaling, van 5 naar 20 literschaal in de opschalingsfaciliteit ZAP Groningen. “Productie op grote schaal is echter ingewikkelder dan we 4 jaar geleden voor ogen hadden”, zegt Binnema. “Daardoor hebben we nog onvoldoende materiaal kunnen produceren en heeft de beoogde applicatie-ontwikkeling vertraging opgelopen.”
Om het applicatiepotentieel van verschillende materialen te onderzoeken is er onder meer gekeken naar de recyclebaarheid (waarbij de treksterkte van PHA in iedere cyclus snel blijkt af te nemen) en naar de afbreekbaarheid van puur PHA, vergeleken met blends van PHA en andere biopolymeren, zoals cellulose. De verwachting dat deze combinatie sneller zou afbreken in de bodem werd niet bevestigd.
“Dergelijke resultaten dragen allemaal bij aan de kennisontwikkeling en worden vertaald naar projecten voor studenten. Alle kennis wordt ook gebundeld in een database met de karakterisering van diverse PHA’s naar moleculaire en fysisch-chemische eigenschappen. Daarvan willen we een open access database maken”, aldus Binnema. Het project loopt nog tot eind 2021. Meer informatie: www.bernn.nl/onderzoek
Drempels
Er gebeurt veel aan technologie-ontwikkeling, maar wat moet er gebeuren om PHA ook succesvol te vermarkten? Die vraag stond centraal tijdens de discussie aan het einde van het webinar. De deelnemers waren verdeeld: 60% denkt dat een marktgedreven (vraaggestuurde) benadering nodig is, maar 40% is ervan overtuigd dat een technology push essentieel, met als voornaamste argument dat er simpelweg nog niet voldoende materiaal beschikbaar is om toepassingen te ontwikkelen om een product te maken en market pull te creëren. Projecten als PHA2USE kunnen daar verandering in brengen.
Toch blijken er nog drempels te zijn voor de inzet van PHA. Zoals de vraag of het materiaal is te verwerken met de huidige machines in de kunststofindustrie. In het Duits-Nederlandse project ‘Application-driven R&D on PHA’ is bewezen dat het kan, al is de lage kristallisatiesnelheid nog wel nadelig. Dit is mogelijk op te lossen met additieven.
Andere knelpunten zijn het verzet van afvalverwerkers tegen composteerbare plastics omdat zij mechanische recyclingprocessen zouden verstoren, de regelgeving rondom voedselverpakkingen en de negatieve associaties van consumenten met producten uit rioolwater. Om succesvol te zijn heeft PHA kortom nog veel uitdagingen te overwinnen, die niet alleen technologisch van aard zijn.