De verschuiving van op fossiele brandstoffen gebaseerde industrieën naar een bio-economie creëert een groeiende vraag naar biogebaseerde chemicaliën, materialen en brandstoffen als duurzame en hernieuwbare alternatieven. Een mogelijke bron is fructose uit hout voor gebruik bij de productie van bioplastics.

Lignocellulosische biomassa is typisch niet-eetbaar plantaardig materiaal, inclusief speciale gewassen van hout en gras, evenals afvalmateriaal van agroforestry. Het is ook de meest overvloedige hernieuwbare hulpbron op aarde en het hele jaar door beschikbaar. Verder, lignocellulose biomassa heeft geen waardevolle ruimte in velden nodig omdat het geen landbouw- of voedingsgebruik heeft. Het is opmerkelijk, dat hout duurzaam kan worden gekapt uit gecertificeerde bossen. In de Scandinavische landen, er wordt meer bos verbouwd dan er jaarlijks wordt geoogst.

In vergelijking met andere lignocellulosegrondstoffen zoals stro, Op hout gebaseerde grondstoffen voor bioraffinage hebben het grootste potentieel om fossiele afgeleide verbindingen in de chemische industrie te vervangen. Het opzetten van concurrerende waardeketens op basis van lignocellulose-grondstoffen zal niet alleen zorgen voor een overvloedige alternatieve industriële grondstof, maar ook de concurrentiepositie van biogebaseerde chemicaliën en materialen versterken in vergelijking met hun fossiele tegenhangers.

Het door de EU gefinancierde Horizon 2020 ReTAPP-project onderzocht de productie van fructosesuiker met behulp van lignocellulosebiomassa uit hard- en zachthoutgrondstoffen. "Onderzoekers gebruikten enzymoplossingen om fructose op basis van voedsel/zetmeel te vervangen door fructose op basis van hout en bereidden de hele waardeketen voor om het product op de markt te brengen, ", zegt projectcoördinator Matti Heikkilä.

Betere conversiepercentages

Het initiatief had activiteiten op twee hoofdgebieden. De eerste betrof testen, opschaling en het aantonen van de effectiviteit van de enzymen en de innovatieve technologie die is ontwikkeld door projectpartners in industriële omgevingen. De tweede serie ontwikkelde de technologie tot een commercieel levensvatbare onderneming door een businesscase te maken, identificeren van potentiële klanten en markten voor het product, en het voorbereiden van commerciële partners.

Projectpartners van drie Europese MKB-bedrijven optimaliseerden en demonstreerden de productieprocessen. Ze omvatten SEKAB E-Technology, die gespecialiseerd is in hout-naar-suikertechnologie, en Avantium Chemicals, een wereldleider in de productie van polyethyleen furandicarboxylaat (PEF) hars. PEF is een revolutionair 100 procent biobased alternatief voor polyethyleentereftalaat (PET), een veel voorkomende vorm van plastic die wordt gebruikt in flessen en verpakkingen.

Een derde handelspartner, MetGen, hebben nieuwe glucose-isomerase-enzymen ontwikkeld die in staat zijn om op hout gebaseerde glucose efficiënt om te zetten in fructose. "Onze resultaten waren veel beter dan voor de enzymen die traditioneel worden gebruikt bij de commerciële fructoseproductie met een conversiepercentage van meer dan 50 procent in het algemeen, pilootproef van meerdere ton, " legt Heikkilä uit.

Meerdere voordelen

Het consortium heeft de enzymproductie opgeschaald naar industriële schaal. Door de productie van bulkchemicaliën uit hout te ontwikkelen, fructose kan dienen als een mogelijke non-food gebaseerde hernieuwbare grondstof voor de productie van PEF via de precursor furandicarbonzuur (FDCA). "De technologie is getest in de demonstratiefabriek voor bioraffinage in Örnsköldsvik, Zweden. Het kan verder worden gebruikt door andere projecten en klanten die industriële cellulosesuikers nodig hebben voor downstream biochemische productontwikkelingen, " merkt Heikkilä op.

Een economisch onderzoek op hoog niveau van de ReTAPP-waardeketen toonde de economische levensvatbaarheid van het initiatief aan, terwijl milieu-levenscyclusanalyse een duidelijke afname van de uitstoot van broeikasgassen aangaf in vergelijking met de conventionele routes die momenteel worden gebruikt voor de productie van fructose.

ReTAPP ondersteunt de introductie van economisch haalbare alternatieven, vergemakkelijken van de overgang van fossiele grondstoffen naar duurzame chemicaliën op houtbasis, materialen, brandstoffen en energie. Dit zal de milieu-impact van de samenleving verbeteren en de CO2-voetafdruk verkleinen. Heikkilä wijst erop:"We demonstreerden de biobased waardeketen voor 100 procent hernieuwbare verpakkingen die goedkoper is en betere barrière-eigenschappen heeft dan PET met behulp van 2e generatie grondstof, namelijk hout. Alle nieuwe technologieën die tijdens dit project zijn ontwikkeld en geïmplementeerd, zullen gebruik maken van zeer overvloedige duurzame hulpbronnen in Europa en nieuwe banen opleveren in de bioraffinagesector."