Veel van de moleculen die als ‘actieve ingrediënt’ in Europa nodig zijn voor de productie van medicijnen, cosmetica of plastics worden tegenwoordig niet in Europa maar in Zuid-oost Azie gemaakt. Dat deze lange leverketens voor problemen kunnen zorgen, maakte de coronapandemie afgelopen jaar al duidelijk. Maar deze geografische afhankelijkheid is niet het enige probleem voor de chemische industrie.
“Een actief ingrediënt in de vorm van een vat wit poeder of vloeistof halen we uit China, daar wordt helemaal niet meer over nagedacht. Het is iets vanzelfsprekends. Grote bedrijven in Europa hebben hun R&D-proces rond deze import moleculen sterk verminderd. Het maakproces is ingericht op import van spullen uit China”, vertelt Rinus Broxterman. Broxterman is opgeleid als organisch chemicus en werkte dertig jaar voor chemiereus DSM in verschillende research- en developmentrollen. Tegenwoordig is hij CTO bij InnoSyn op de Brightlands Chemelot Campus in Geleen. Bij InnoSyn helpt hij bedrijven met innovaties op het gebied van chemische processen.
Minder leunen op import van chemie
Volgens Broxterman is het zonde om de productie van recht-toe-recht-aan chemie als iets vanzelfsprekends te zien. Het terughalen van de productie naar Europa zorgt niet alleen voor minder afhankelijkheid van landen als China, maar kan volgens hem ook bijdragen aan vernieuwingen en verbeteringen in productieprocessen. “Je lost niet alleen op dat bijvoorbeeld de medicijnproductie stokt vanwege tekorten. Maar fabrikanten kunnen er hierdoor zelf voor zorgen dat hun processen veel duurzamer worden.”
“Kun je met minder grondstoffen toe voor dezelfde opbrengst? Hoe zorg je voor minder chemisch afval? En kun je minder energie gebruiken tijdens het proces? Het zijn allemaal vragen die ietwat naar de achtergrond zijn verdwenen omdat Europa zo leunde op de import van chemie uit het buitenland.”
Aan ongewenste bijeffecten moet een prijskaartje hangen
Bovendien kun je, volgens Broxterman, door de productie weer naar Europa te halen, ook zaken die de maatschappij ongewenst vindt, beter controleren en waar nodig verbeteren. Broxterman: “Sommige producten die we importeren worden op een manier gemaakt die volstrekt onacceptabel is qua milieubelasting. We moeten geen geneesmiddelen meer willen waarbij afval ergens in een rivier wordt geloosd. Reken een prijs per geproduceerde kilo afval en laat die in de kostprijs terugkomen. Het beprijzen van bijeffecten, zoals afval, CO2 of andere zaken die de maatschappij ongewenst vindt, zorgt dat je procesproblemen beter kunt kwalificeren. Zo vormt het voor bedrijven een behapbare uitdaging om te verbeteren.”
Hetzelfde geldt voor een CO2-heffing. Het dwingt bedrijven volgens hem om minder uit te stoten en na te denken hoe het anders kan. “Duurzaamheid wordt steeds belangrijker. Een deel van de grondstoffen wordt herbruikbaar of zal biobased moeten worden. Ook elektriciteit is in de toekomst groen. Een prijs op CO2-uitstoot zorgt ervoor dat bedrijven naar alternatieven gaan zoeken.”
Klassiek beeld van chemicus is achterhaald
Broxterman moet lachen: “Gemiddeld gezien heeft procesinnovatie in de chemie geen sexy imago. Het klassieke beeld: een ervaren chemicus die in een driehalskolf roert en iedere dag een andere proef uitvoert. Het is een langzaam proces en het succes is afhankelijk van de ideeën van de individuele chemicus. In mijn tijd in het lab was dat inderdaad zo, maar dat is al behoorlijk aan het veranderen.”
Zo kunnen wetenschappers in het lab tegenwoordig semi-geautomatiseerd metingen doen. De techniek maakt het mogelijk om gegevens structureel op te slaan en te gebruiken. Met machine learning legt een algoritme verbanden die een chemicus misschien over het hoofd zou zien. En ook de chemie zelf staat niet stil. Zo wordt er tegenwoordig steeds meer gemaakt en procesinnovatie gedaan op basis van flowchemie in plaats van batchchemie.
Batch- vs flowchemie
Het verschil? Broxterman legt het als volgt uit: “In de batchchemie meng je uitgangsstoffen in een opgeschaalde kolf (reactor) en die laat je met elkaar reageren. Hierbij komt in een aantal gevallen veel reactiewarmte vrij. Dit kan leiden tot gevaarlijke situaties. Ook zijn de condities in het grote reactorvat niet overal hetzelfde. Het zorgt voor minder of ongewenste reacties afhankelijk van de plek in de reactor. In de flowchemie laat je de stoffen door lange, tamelijk dunne kanalen lopen en reageren. De reactor is nu dus een dunne pijp. Omstandigheden, zoals temperatuur en verblijftijd, kun je veel nauwkeuriger bepalen en regelen. De condities zijn voor alle moleculen in het reactiekanaal hetzelfde. Het is dus veiliger en duurzamer omdat je onder andere reactiewarmte veel makkelijker afvoert. Maar het biedt ook heel veel mogelijkheden voor proces onderzoek.”
Meer weten over flowchemie en hoe dit innovatie kan versnellen? Kijk hier de Brightlands Science Lecture terug.
Een chemicus kan de temperatuur van de buizen simpel aanpassen en experimenteren met de uitkomst. “Toen ik nog in het lab stond, moest ik hiervoor steeds een nieuwe proef doen. Aan het eind van de week was ik blij met een kleine lijst resultaten. Flowchemie werkt veel efficiënter. In plaats van één experiment of één datapunt per dag, ga je naar bijvoorbeeld 20 experimenten en datapunten per uur. Hiermee kun je dus veel sneller nieuwe procesvarianten uitproberen en in korte tijd veel meer bereiken.”
Deze trend in continue chemie is niet meer te stoppen, denkt Broxterman. “Het is efficiënter, duurzamer en helpt onderzoek versnellen. Steeds meer bedrijven die nog in batch produceren, kloppen bij ons aan om over te schakelen naar flowchemie.”
Het is geen rocket science
Maar het vergt ook een investering, in middelen en mensen. “Naast de nodige hardware – je hebt onder andere verschillende soorten pompen nodig, flow reactoren, en andere technische onderdelen zoals sensoren – heeft een chemicus in de flowchemie ook kennis van al die onderdelen nodig. Het vraagt om een chemicus die niet alleen een spatel hanteert om uitgangsstoffen af te wegen. Maar hij moet ook met een baco om kunnen gaan en begrijpen hoe je een eerste flowchemie opstelling in elkaar moet zetten. Dat vormt nog wel eens een implementatie barrière.”
Broxterman denkt dat het haalbaar is voor de chemische industrie om zowel de productie van basismoleculen, als moleculen voor geneesmiddelen, terug naar Europa te halen. “Het is geen rocket science en eigenlijk zijn alle fundamentele concepten bekend. Het opzetten van sterk geïnnoveerde process R&D zal wel iets meer gaan kosten, maar met de nieuwste technologieën hoeft dat niet extreem hoog te zijn. Medicijnen bijvoorbeeld zullen wel iets duurder worden, maar je weet dan zeker dat er in de productie geen afval meer in de rivier wordt gegooid. Productieprocessen zullen efficiënter, schoner en duurzamer worden.”
Samenwerking
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
