Een alternatief voor plastic geproduceerd uit ongebruikte organische reststromen

Het produceren van een alternatief voor plastic kan op papier geheel uit afvalwaterstromen, maar hoe zorg je ervoor dat de benodigde bacteriën in relatief ongebruikelijke omstandigheden het maximale kunnen geven? Dat was de onderzoeksvraag van – inmiddels doctor – Ángel Estévez Alonso. Na een onverwachts eureka wist hij met zijn vindingen het zo ver als pilotschaal productie te schoppen. Voor Paques Biomaterials zijn het ook nog eens goede stappen naar wereldproductie van een nieuwe plasticvervanger.

Een nieuwe grondstofproductie in de maak

Dat het gebruik van plastic het een en ander aan problemen meebrengt, is inmiddels wel duidelijk. Maar concrete oplossingen voor deze kunststofproblemen vinden valt nog niet mee, door het wijde bereik van deze diverse groep.

PHA – polyhydroxyalkanoaat – lijkt een veelbelovende stof door zijn natuurlijke productiemethode en makkelijke afbraak in de natuur. En het is een aantrekkelijke materie omdat het uit municipaal slib, een reststroom van afvalwaterzuiveringen kan komen. “PHA is eigenlijk een soort bacterieel vet. Ze slaan overtollige grondstoffen op in hun cellen onder bepaalde omstandigheden,” aldus Estevéz Alonso. De lange ketens die ze maken vormen naar verwerking een biologisch alternatief voor plastics.

Maar om van afvalwaterzuiveringen productielocaties te maken is nog niet zo makkelijk. De omstandigheden verschillen in de zuiveringen en van dag op dag. Dus er lag er voor promovendus Ángel Estevéz Alonso een behoorlijke uitdaging om de productie van dit alternatief voor plastic op te krikken met de middelen voorhanden.

Eurekamoment

“Voor ons begon de productie van PHA uit reststomen ooit in Delft, in samenwerking met Paques” legt René Rozendal – managing director bij Paques Biomaterials – uit, “daar zagen ze de mogelijkheden van PHA als unieke plasticvervanger.” In parallel werkte de Nederlandse Waterschappen in het PHArio-project samen om het materiaal te winnen in municipale afvalwaterzuiveringsinstallaties. Uiteindelijk leidde het zelfs tot de bouw van een gezamenlijk demonstratiefabriek in Dordrecht en de oprichting van een nieuw onderzoeksthema bij Wetsus: Biopolymeren uit water. En het onderzoek van Ángel was één van de twee eerste projecten. Beiden gericht op meer PHA uit de waterzuiveringen. Estevéz Alonso: “Daarbij lag voor mij de uitdaging in het verbeteren van de PHA-productie. Op de huidige manier weten de bacteriën wel wat van de stof te maken, maar we wilden graag richting 60% van het bacterieel gewicht om hebben gezet in PHA, zodat we meer materiaal konden maken en op grotere schaal de eigenschappen en gebruik van de stof konden laten zien.”

Parameters als temperatuur en zuurgraad stelden uiteraard het gedrag af van de microbiële beestjes, maar onvermoedelijk stuitte de promovendus op zijn hoogst eigen eurekamoment. Estevéz Alonso: “Toen in een student in het lab zou laten zien hoe we te werk gingen, ontbrak stomweg een van de stoffen die we in het proces gebruikten. Ik tilde er niet te zwaar aan en besloot in plaats van kaliumhydroxide, calciumhydroxide te gebruiken. Gewoon een andere base. En tot ieders verrassing, produceerden de bacteriën ineens drie keer zoveel PHA als anders!” Een prachtige vondst om de PHA op het niveau te brengen om te toetsen op pilot­schaal.

Impact

“Het werk van Ángel is zeker van belang voor Paques Biomaterials op de productie van het PHA-product Caleyda,” stelt Rozendal. “Door te begrijpen, tot inzichten te komen, hoe PHA zich in de bacteriën vormt, kunnen we efficiënter een product maken. En daarbij niet alleen minder afval genereren en minder energie gebruiken, maar het vergemakkelijkt ook nog eens het downstream proces.”

En de technologie is dan ook al goed ingezet, zo was er in 2020 al een proefinstallatie in Leeuwarden waarbij met succes al nieuwe vondsten van het onderzoeksthema werden gebruikt voor PHA-productie. Estevéz Alonso: “Het was prachtig om het onderzoek op grotere schaal in context te zien. De waarde van het onderzoek werd snel duidelijk.” De sprongen van fundamenteel naar ‘in het echt’ zijn toch dichtbij met zulke onderzoekssamensmeltingen.

Rozendal: “Het was een waardevolle en leuke samenwerking. Voor het opschalen van verdere projecten hebben we wel nog meer kennis nodig, maar daar zal Ángels opvolger – Yizhou Xing – een belangrijke in zijn.” Ondertussen gaat de Caleyda-productie gestaag door op demoschaal en werkt Paques Biomaterials toe naar de commerciële investeringsbeslissing in 2025 voor de eerste volle schaal installatie. En Xing gaat achterhalen wat het precieze mechanisme is dat de calcium magie nou precies teweegbrengt zodat het ook grootschalig kan worden ingezet.