World Economic Forum (WEF) vroeg een groep internationale technologiedeskundigen om de Top 10 Opkomende Technologieën van dit jaar te bepalen. Op basis van nominaties van andere deskundigen over de hele wereld, werden tientallen voorstellen aan een reeks criteria onderworpen. Gaan de voorgestelde technologieën de samenleving vooruit helpen? Kunnen ze voor een structurele omslag zorgen? Is er nog verdere groei van te verwachten? “Technologieën die vandaag in opkomst zijn, bepalen de wereld van morgen en verder – met gevolgen voor de economie en de maatschappij in het algemeen”, zegt Mariette DiChristina, hoofdredacteur van Scientific American, en voorzitter van de WEF-stuurgroep voor Opkomende Technologieën. Omdat ook Innovation Origins constant op zoek is naar de bron van innovatie presenteren we in een 10-delige serie de door WEF geselecteerde kansrijke technologieën. Vandaag deel 1: Bioplastics voor een circulaire economie.
Na publicatie van deel 10 is de hele serie hier te vinden.
De wereld heeft een groot plasticprobleem. Volgens het WEF wordt minder dan 15% ervan gerecycled. Van de rest wordt het merendeel verbrand, gestort of achtergelaten in het milieu – waar het bestand is tegen microbiële vertering en honderden jaren kan blijven bestaan. Plastic afval dat zich ophoopt in de oceaan veroorzaakt allerlei problemen, van het doden van in het wild levende dierentot het vrijkomen van giftige stoffen. Ook de mens zelf is slachtoffer, via het eten van met plastic besmette vis.
Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen een oplossing zijn voor deze problemen. Het ruimt het bestaande plastic weliswaar niet op, maar zou wel kunnen zorgen dat nieuwe kunststoffen geen schade meer veroorzaken en draagt zo bij aan het doel van een circulaire plastic-economie waarin kunststoffen afkomstig zijn van én worden omgezet in biomassa.
Net als standaard kunststoffen uit de petrochemie bestaan biologisch afbreekbare versies uit polymeren die in vloeibare toestand in verschillende vormen kunnen worden gegoten. De recente doorbraken in de productie van kunststoffen uit cellulose of lignine (de droge stof in planten) zijn veelbelovend, al was het maar omdat het kan worden verkregen uit niet als voedsel geschikte gewassen, zoals riet, dat wordt geteeld op marginale gronden die niet geschikt zijn voor voedingsgewassen, of uit afvalhout en agrarische bijproducten die anders geen functie zouden hebben.
Cellulose, het meest voorkomende organische polymeer op aarde, is een belangrijk bestanddeel van de wanden van plantencellen; lignine vult de ruimten in die wanden op en zorgt voor sterkte en stijfheid. Om kunststoffen van deze stoffen te maken, moeten fabrikanten eerst hun bouwstenen of monomeren breken. Onderzoekers hebben onlangs manieren gevonden om dit te doen voor beide stoffen. Het ligninewerk is vooral belangrijk omdat de monomeren van lignine bestaan uit aromatische ringen – de chemische structuren die sommige standaard kunststoffen hun mechanische sterkte en andere gewenste eigenschappen geven. Lignine lost niet op in de meeste oplosmiddelen, maar onderzoekers hebben aangetoond dat bepaalde milieuvriendelijke ionische vloeistoffen het selectief kunnen scheiden van hout en houtachtige planten. Genetisch gemanipuleerde enzymen, vergelijkbaar met die in schimmels en bacteriën, kunnen dan de opgeloste lignine in zijn componenten breken.
Nieuwe bedrijven bouwen voort op deze vindingen. Zo produceert Vertoro (gevestigd op de Brightlands Chemelot Campus in Geleen) bijvoorbeeld ruwe lignineolie en “streeft ernaar om een Saoedi-Arabische plaats in te nemen in de biobased waardeketen door zich te richten op het goedkoper en op grotere schaal produceren van een biobased ruwe olie dan wie dan ook”. Vertoro (“Het Groene Goud”) is niet de enige. TU Wien heeft een octrooi aangevraagd op een systeem dat bio-actieve stoffen zoals cannabinoïdes, flavonoïdes of polyfenolen kan extraheren, die op hun beurt gebruikt kunnen worden voor medicijnen en zonnecrèmes. De Hamburgse start-up LignoPure wil “lignine, als op één na meest gebruikte biopolymeer ter wereld, eindelijk een vaste plaats in onze dagelijkse producten geven”.
Maar er is nog veel meer. Chrysalix Technologies, een spin-off van het Imperial College London, heeft een proces ontwikkeld dat goedkope ionische vloeistoffen gebruikt om cellulose en lignine te scheiden. Een Fins biotechnologiebedrijf, MetGen Oy, produceert een aantal genetisch gemanipuleerde enzymen die lignines van verschillende oorsprong splitsen in componenten die nodig zijn voor een breed scala aan toepassingen. En Mobius ontwikkelt kunststofkorrels op basis van lignine voor gebruik in biologisch afbreekbare bloempotten en andere producten.
Voordat de nieuwe kunststoffen op grote schaal kunnen worden gebruikt, moeten veel obstakels worden overwonnen, concludeert het WEF-comité. “Zoals de kosten en het minimaliseren van de hoeveelheid land en water die gebruikt wordt om ze te produceren – ook al komt de lignine alleen uit afval, water is nodig om het om te zetten in plastic. Zoals bij elke grote uitdaging zullen de oplossingen een combinatie van maatregelen vereisen, van regelgeving tot vrijwillige veranderingen in de manier waarop de maatschappij kunststoffen gebruikt en afvoert. Toch zijn de nieuwe methoden voor de productie van biologisch afbreekbaar plastic een goed voorbeeld van hoe effectievere biokatalysatoren kunnen bijdragen aan het creëren van een kringloopeconomie binnen een grote industrie”.
(Het 2019 Top 10 Emerging Technologies rapport vormde de basis voor dit artikel)
