Achtergrond

FDCA-race naar de markt

Astrid van de Graaf |
Katalyse

Bij de productie van het nieuwe basismolecuul furaandicarbonzuur denk je waarschijnlijk gelijk aan Avantium en chemie. Maar volgens Corbion kan het ook prima biotechnologisch.

Met de acquisitie van het biotechonderzoeksbedrijf Bird-engineering in 2013 kreeg Corbion de technologie in handen om furaandicarbonzuur (FDCA) via een biotechnologische route te maken. Geruisloos op de achtergrond werkte het bedrijf verder. Tot het vorig jaar op menig symposium en congres het verhaal presenteerde. ‘Het was vanuit de bedrijfsvisie van Corbion een logische keuze om destijds voor de biotechroute te kiezen’, zegt Marc Lankveld, vicepresident innovation platforms bij Corbion. ‘We zijn marktleider voor melkzuurproductie en maken ook barnsteenzuur via fermentatie uit suikers. Die infrastructuur kunnen we uitstekend benutten om FDCA te maken. Dit proces past gewoon bij ons.’

Datzelfde geldt voor Avantium, dat in 2000 werd opgericht als spin-off van Koninklijke Shell. ‘Toen Avantium de technologieontwikkeling voor FDCA startte, was al het onderzoek gebaseerd op chemische katalyse’, zegt Victor Vreekens, chief technology officer van Synvina, de joint venture van BASF en Avantium. Synvina ontwikkelt nu de productie van FDCA en het daarmee vervaardigde polymeer polyetheenfuranoaat (PEF) verder tot een duurzaam biobased verpakkingsmateriaal voor de voedsel- en drankindustrie.

Economisch interessant

PEF is de potentiële vervanger van het plastic PET (polyetheentereftalaat), gemaakt uit fossiele grondstoffen. PEF blijkt betere gasbarrière-eigenschappen voor koolstofdioxide en zuurstof en betere mechanische eigenschappen te bezitten. Daardoor biedt het voordelen op het gebied van duurzaamheid en prestatie. ‘Verder blijkt uit proeven dat de bestaande recyclingsystemen compatibel zijn met PEF, zodat er geen nieuwe systemen nodig zijn. Het European PET Bottle Platform bevestigde dit onlangs’, vertelt Vreekens. Met de huidige optische sorteersystemen kun je PEF eenvoudig scheiden van PET en andere kunststoffen.

FDCA was in 2004 de nummer twee in de Top 12-lijst van biobased basismoleculen die het Departement of Energy van de VS publiceerde, memoreert Lankveld (1,4 dicarbonzuren voerden de lijst aan, red.). ‘Iedereen zag dat er mooie kansen lagen. Alle routes lagen open. Sindsdien zijn over de hele wereld bedrijven aan de slag gegaan - zowel in de VS, Azië als Europa - om op biomassa gebaseerde basismoleculen te ontwikkelen.’

‘Er is plaats voor meerdere spelers’

Voor FDCA is fructose de ideale uitgangstof. Het heeft precies dezelfde ringstructuur. ‘We hebben twee stappen nodig om daarvan FDCA te maken’, legt Lankveld uit. ‘Eerst maken we de intermediair 5-hydroxymethylfuryfral (HMF) door de hydroxylgroepen van fructose af te halen.’ Dit gebeurt door verhitting, waarbij ook bijproducten ontstaan. Lankveld vergelijkt het met crème brûlée, het suikerlaagje boven op de custard. ‘Tijdens het karamelliseren vormt zich al snel vrij veel HMF. De truc is om de vorming van bijproducten te minimaliseren.’

Het voordeel is dat de gebruikte productiestam Pseudomonas putida niet zo kieskeurig is en de bijproducten gewoon als koolstofbron gebruikt voor groei. Die bacterie komt oorspronkelijk uit de bodem en is vaak ingezet om de bodemreiniging bij benzinestations te reinigen. ‘In drie enzymatische stappen zet zij HMF in de tweede stap om in FDCA, bijna 100 % selectief. Wanneer je geen furanen-lookalikes hebt, maakt dat de opzuivering een stuk eenvoudiger. Voor polymerisering is de zuiverheid van het monomeer van groot belang.’

‘Bij de chemische route gaat de conversie veel sneller’

De chemische route verloopt op basis van de YXY-technologie van Avantium. Fructose dehydrateer je met een zure katalysator tot het tussenproduct methoxymethylfurfural (MMF) of een ander alkoxymethylfurfural (RMF). ‘In water krijg je het instabiele HMF, maar als je een alcohol zoals methanol als oplosmiddel gebruikt, krijg je MMF. Dat maakt de reactie economisch interessant.’ In de tweede chemische katalytische stap in azijnzuur oxideer je MMF tot FDCA en zuiver je het. ‘Een duidelijk voordeel van de chemische katalyseroute is dat de conversie veel sneller gaat, waardoor de apparatuur klein kan blijven’, zegt Vreekens.

Dat in de biotechnologie de reacties langzamer gaan, is volgens Lankveld inderdaad een waargenomen nadeel. ‘Zeker als je kijkt naar omzettingssnelheid per volume-eenheid. Maar er zijn genoeg voorbeelden van stoffen, zoals citroenzuur en smaakstoffen, die je ook op grote schaal kunt maken. Denk aan miljoenen tonnen. Voor FDCA moeten we dat ook op die schaal realiseren. Met een paar geroerde stalen tanks extra ben je er al. De truc zit hem in het micro-organisme en de opwerking.’

Geaccepteerd krijgen

Wordt het straks kiezen voor de beste route? Voorlopig niet, vindt Vreekens. ‘De industrie heeft al laten zien dat verschillende processen naast elkaar kunnen bestaan, zelfs voor grootschalige basisproducten. Uiteindelijk bepalen de productiekosten in relatie tot de productkwaliteit het succes van een bepaalde technologie. Dankzij het brede scala aan mogelijke toepassingen is de potentiële markt voor FDCA groot. Nu vooral voor PEF, maar op de langere termijn ook voor polyamides, polyurethanen en esters.’

Lankveld is vooral verheugd dat er zoveel partijen bezig zijn met dit molecuul en de marktontwikkeling van PEF. ‘Het gaat er uiteindelijk om dat je een nieuw materiaal geaccepteerd krijgt naast een materiaal dat al tientallen jaren bestaat en een sterke dominantie heeft. Er is een gedeeld belang’, verduidelijkt hij. ‘Het gaat er nu niet om welke route het beste is, maar om de marktontwikkeling voor PEF. De markt voor PET is tientallen miljoenen ton groot. Als je begint met een FDCA-fabriekje van 50 kiloton is dat de bekende druppel op de gloeiende plaat. Nu er meerdere partijen actief zijn, waaronder grote spelers als BASF en Dupont (die laatste zet in op de variant furaandicarbonzuurmethylester, FDCE, red.), groeit het vertrouwen bij afnemers dat het materiaal er ook echt gaat komen. Ja, er is zeker plaats voor meerdere fabrieken, en voor meerdere spelers.’

Waardeketen opzetten

Een geheel nieuwe waardeketen opzetten is volgens beide bedrijven een enorme taak. ‘We werken momenteel aan verschillende belangrijke stappen, zoals de verdere marktontwikkeling en de opschaling van de pilotfabriek in Geleen naar een zogenoemde referentie-installatie op de Verbund-site van BASF in Antwerpen met een capaciteit van 50.000 ton’, zegt Vreekens. Daarvoor ging onder meer vorig jaar het door Synvina gecoördineerde PEFerence-project van start met € 25 miljoen subsidie van JU-BBI, een publiek-private samenwerking van EU en het Bio-based Industries Consortium (BIC). Elf spelers in de keten van grondstof tot eindproduct en recycling gaan samenwerken om toepassingen te ontwikkelen op basis van PEF en FDCA en die in de handel te brengen.

Ook Corbion is actief bezig de hele keten erbij te betrekken, maar houdt de kaarten nog even tegen de borst. ‘Direct na de acquisitie van de technologie hebben we stappen gezet om de ontwikkeling van toepassingen zo snel mogelijk in gang te zetten en de acceptatie en marktkansen te verkennen.’ Bij de Bioproces Faciliteit in Delft zijn daarvoor honderden kilo’s FDCA gemaakt voor flessen en folies. ‘Dat pakte positief uit, nu zijn we de rest van de keten aan het invullen. Dat kost tijd.’

Deel deze pagina
Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven