Aandacht voor milieuprestaties tijdens ontwikkeling levert extra milieuwinst biobased materialen

Biobased materialen ontwikkelen zich van eenmalige wegwerpverpakkingen tot hoogwaardige kunststoffen voor industriële toepassingen. Extra aandacht voor milieuprestaties tijdens de ontwikkeling van nieuwe biobased materialen en producten kan leiden tot nog milieuvriendelijker materialen. Dit concluderen onderzoekers van Universiteit Utrecht die voor het Biobased Performance Materials programma, gecoördineerd door Wageningen UR, onderzoek deden naar verschillende milieuaspecten van materialen die in het programma ontwikkeld zijn.

Hoe milieuvriendelijk is de productie van nieuw ontwikkelde biobased materialen nu eigenlijk ten opzichte van olie-gebaseerde producten? Deze vraag stond centraal in het Biobased Performance Materials (BPM) project SUSTAIN.  Dr. Li Shen, senior onderzoeker van de vakgroep Energy & Resources van de Universiteit Utrecht evalueerde de CO2-emissies en het energiegebruik tijdens de hele productieketen van biobased chemicaliën en materialen die in het BPM programmaontwikkeld zijn en keek naar de potentiële milieuwinst ten opzichte van olie-gebaseerde producten. Op basis van haar bevindingen adviseerde ze over grondstofkeuze en verbeteringen in het productieproces.

Voor haar gedetailleerde milieu-evaluatie van biobased materialen bekeek Shen, naast CO2-emissies en het energiegebruik, ook de herkomst van grondstoffen en het landgebruik. Ze analyseerde vervolgens alle verzamelde gegevens door middel van wiskundige modellen en stelde zo een life cycle assessment (LCA) op. ‘In een LCA analyseren we de milieueffecten van elke stap in de levenscyclus van het product’, legt Shen uit. ‘Het winnen van de grondstoffen, bijvoorbeeld het boren naar olie, maar ook transport, en alle stappen in het uiteindelijke productieproces.’ Op basis van die gegevens kon zij adviseren over de grondstofmateriaalkeuze voor biobased materialen, en daarnaast een objectieve vergelijking maken met olie-gebaseerde producten. Zo bleek bij de productie van biobased polyurethaan dat de omzetting van glycerol in cyclische carbonaten heel efficiënt is dankzij een hoge opbrengst, minder afval en de innovatieve, toegepaste katalytische conversie die om milde reactie-condities vraagt. Biobased PUR toont daarmee een duurzaamheidwinst van slechts 4.0kg CO2 eq./kg polymeer vergeleken met 4.7kg bij petrochemisch geproduceerde PUR.  De productie van amines in biobased polyurethaan is volgens Shen nog voor verbetering vatbaar omdat die relatief gezien veel energie kost.

Biobased materialen kunnen grote milieuvoordelen hebben ten opzichte van oliegebaseerde stoffen, maar dit plaatje is niet zo zwart-wit als het lijkt. Biobased grondstoffen hebben vaak netto geen CO2-uitstoot en zijn gemaakt op basis van planten en dus hernieuwbaar, maar het energiegebruik tijdens het productieproces kan wel fors hoger uitvallen dan dat van oliegebaseerde producten. Dat is niet meer dan logisch. Biobased productieprocessen zijn vaak nog niet geoptimaliseerd: ze bevinden zich in een beginfase. Volgens Shen ligt hier voor sommige materialen nog een uitdaging. Zo is er voor de biobased polyamiden nog een flinke slag te maken: de productie kost nog ongeveer tweemaal zoveel energie vergeleken met de oliegebaseerde variant. ‘Je hebt dan een biobased eindproduct, maar vanwege de hoge energiebehoefte zal men toch flink op het energiegebruik moeten besparen of een heel nieuwe chemische omzettingsroute moeten overwegen.’ stelt Shen.

Ondanks de uitdagingen die er nog liggen wordt de productie van biobased materialen steeds efficiënter en is er in dat opzicht de laatste tien jaar forse winst geboekt. Zo is de productie van PLA drastisch verbeterd. Zo heeft PLA-producent Natureworks  de verwerking van de grondstof, maïs, energiezuiniger gemaakt en ook de fermentatie verbeterd. Dankzij die optimalisatie is veel minder energie nodig én liggen CO2-emissies veel lager. Voor andere materialen is er nog veel winst te behalen. Soms betekent dat een heel nieuwe aanpak. Dit gebeurde bij de fabricage van biobased polystyreen . ’Onderzoekers produceerden die stof eerst uit aminozuren, maar dat kostte heel veel energie’, vertelt Shen. ‘Een compleet nieuwe productiemethode, gebaseerd op citroenzuur in plaats van aminozuren, leverde veel energiewinst op.’ Ondanks de uitdagingen is een efficiëntere productie van biobased materialen slechts een kwestie van tijd volgens de onderzoeker. Shen: ‘Biobased materialen hebben absoluut de toekomst, want op langere termijn zullen we door olieschaarste traditionele producten moeten gaan vervangen. Dat betekent dat er steeds meer vraag naar biobased producten komt en meer vraag zorgt voor efficiëntere processen.’