Het zou zonde zijn om houtafval zomaar te verbranden. In een bioraffinaderij kun je er namelijk waardevolle grondstoffen uit halen. In theorie tenminste. In de praktijk vereisen verschillende reststoffen verschillende methoden en is er nog steeds intensief onderzoek nodig. Met een nieuwe proeffabriek aan de Technische Universiteit van Wenen komt het in ieder geval een stap dichterbij.
Tot nu toe werd plantaardige biomassa simpelweg verbrand – en hooguit thermisch gebruikt. Dat mag dan een eenvoudige oplossing zijn, maar het is noch de beste, noch de meest economische. Omgekeerd heeft de chemische industrie behoefte aan plantaardige biomassa. De TU Wenen zoekt naar een oplossing voor dit dilemma.
Nu is een nieuwe proeffabriek voor de ontwikkeling van bioraffinage in gebruik genomen. Dit maakt het mogelijk om grondstoffen op te delen in hun chemische basiscomponenten. Door een combinatie van hoge druk en hoge temperatuur zijn onderzoekers erin geslaagd verschillende stoffen uit het biologische materiaal te winnen.
Houtafval
De wetenschappers richten zich op de bijzonder moeilijke recycling van houtafval. Deze categorie omvat bijvoorbeeld stro, houtafval van zagerijen of papierfabrieken, stekken van struiken en bio-afval van voedselproductie.
“Het kweken van planten voor gebruik in de chemische industrie is vanuit milieu-oogpunt niet logisch. We zijn daarom processen aan het ontwikkelen waarmee het mogelijk is om gebruik te maken van restmaterialen die voorheen eenvoudigweg werden weggegooid of hoogstens thermisch worden gerecycled,”
zegt Angela Miltner van het team van professor Anton Friedl van het Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering.
Dat houtachtige stoffen zo moeilijk te recyclen is, komt door het bestanddeel lignocellulose, dat alleen bij hogere temperaturen kan worden afgebroken. Tegelijkertijd zijn het juist deze grondstoffen die ook grote mogelijkheden bieden voor de productie van duurzame kwaliteitsproducten.
Hoofdbestanddelen
Het team van professor Friedl gebruikt een systeem dat speciaal voor dit probleem is ontwikkeld. Dit systeem kan een druk tot dertig bar en een temperatuur van tweehonderdvijftig graden Celsius bereiken. Dat is voldoende om de lignocellulose in biomassa op te splitsen in de hoofdbestanddelen cellulose, hemicellulose en lignine. Afhankelijk van de grondstof kunnen ook bio-actieve stoffen zoals cannabinoïdes, flavonoïdes of polyfenolen worden geëxtraheerd.
Lignine
De lignine wordt omgezet in nanodeeltjes. Het proces is gepatenteerd door de TU Wenen. Deze nanolignine biedt vele waardevolle toepassingsmogelijkheden, bijvoorbeeld in zonnecrèmes als UV-bescherming, in lakken of in verpakkingen.
Hemicellulose
Hemicellulose bestaat uit een mengsel van verschillende suikers. Het kan worden gebruikt voor de volgende doeleinden:
- Productie van suikervervangers zoals xylitol en erytritol;
- Productie van farmacologische stoffen;
Operationele variabelen
Om de gewenste stoffen te extraheren gebruiken de wetenschappers oplosmiddelen zoals mengsels van water en ethanol. Voor verdere concentratie brengen ze het gewonnen extract over naar een verdampingssectie. Daarna wordt het oplosmiddel teruggewonnen en vervolgens hergebruikt. Als alternatief voor de oplosmiddelen onderzoekt het team momenteel een concentratieproces op basis van een speciaal membraan.
“De komende jaren zullen we met onze nieuwe installatie precies uitzoeken hoe we operationele variabelen als druk, temperatuur, oplosmiddel en extractietijd het beste kunnen combineren om de gewenste stoffen eruit te halen”, legt professor Friedl uit.
Alle systeeminstellingen kunnen zeer nauwkeurig worden geprogrammeerd en automatisch worden uitgevoerd. Ook extractie in meerdere fasen is mogelijk.
Geen standaardisatie
Het team gelooft niet in één proces dat aan alle eisen voldoet. “Je moet de processen altijd aanpassen aan de plaatselijk beschikbare reststoffen,” legt Angela Miltner uit. Houtafval van een zagerij vereist andere processen dan houtafval van een boomkwekerij. Je moet de chemische en procesdetails heel goed kennen om voor elke behoefte de juiste bioraffinage voor te bereiden, aldus Miltner.
Bioraffinage
Bioraffinage is een holistisch, multifunctioneel concept dat gericht is op een kwalitatief hoogstaand gebruik van biomassa. Het biedt de mogelijkheid om tussen- en eindproducten zoals chemicaliën, materialen, bio-energie en biobrandstoffen op een duurzame manier te produceren. Het concept is nog in ontwikkeling, maar is inmiddels al in de praktijk gebracht. Bijvoorbeeld bij de productie van suiker, bio-ethanol en biodiesel, waarbij getracht wordt om ook de bijproducten op een hoogwaardige manier te gebruiken.
Ook interessant:
Start-up of the day: Kunststof uit hout en stro
Grassa!: “Binnen tien jaar eet iedereen burgers gemaakt van gras.”
