‘Het begon allemaal met suikerchemie’, zegt Bert Lagrain, innovatiemanager in de groep van Bert Sels aan de KU Leuven. ‘Tijdens het synthetiseren van vertakte suikers – dendroketoses – realiseerden we ons dat de polyolfunctionaliteit de basis kon vormen voor vlamvertragers.’ Dit is belangrijk, omdat de huidige vlamvertragers worden beschouwd als stoffen die (zeer) zorgwekkend zijn, omdat ze functionele moleculen zoals bisfenol A gebruiken. ‘Daarom wilden we beginnen met veilige en hernieuwbare bouwstenen, groene chemie en het vermijden van halogenering.’

Kans

Ekaterina Makshina, onderzoeksmanager in dezelfde groep, voegt hieraan toe: ‘We waren op zoek naar manieren om waarde toe te voegen aan biomassagerelateerde stromen. Aanvankelijk was ons doel om vertakte polyolen om te zetten in vertakte alkanen.’ De groep zag echter een kans voor andere toepassingen in de sterk vertakte structuur. ‘Toen we de resulterende polyalcoholstructuur zagen, realiseerden we ons dat onze vertakte polyolen een goed alternatief kunnen zijn voor de huidige commerciële polyolen op fossiele basis in de chemische industrie, zoals trimethylolpropaan, pentaerythritol, neopentylglycol, enzovoort.’

De synthese van de verbinding begint met dihydroxyaceton (DHA), dat een zelf-aldolcondensatiereactie ondergaat met triethylamine als katalysator om dendroketose te vormen. Na hydrogenering met behulp van een rutheniumkatalysator wordt het resulterende dendroketol gefosforyleerd om de vlamvertrager te produceren. Daaropvolgende tests uitgevoerd volgens de EU-norm BS 7175 (voor beddengoed) bevestigden de sterke vlamvertragende eigenschappen (zie hieronder).

Om hun verbindingen en synthesemethoden goed te kunnen testen en valideren, was opschaling essentieel. ‘We produceerden de vertakte moleculen eerst op een schaal van milligram tot gram, maar bedrijven hebben tot een kilogram nodig voor validatiedoeleinden’, zegt Lagrain. Opschaling kan echter tot aanzienlijke uitdagingen leiden. Makshina legt uit: ‘Onze eerste laboratoriumtests waren veelbelovend voor verschillende katalytische systemen die een hoge conversie en selectiviteit vertoonden, maar op grotere schaal gaan veel andere parameters een belangrijke rol spelen, zoals hoge katalysatorbelastingen, hoge verdunning van het reactiemengsel en hoge viscositeit van het resulterende polyol na verwijdering van water voorafgaand aan fosforylering. We moesten al onze resultaten vanuit een heel andere invalshoek opnieuw beoordelen en op zoek gaan naar oplossingen om de problemen te overwinnen.’

Gelukkig hadden ze een sterke partner in Oleon, een bedrijf dat gespecialiseerd is in het werken met natuurlijke, hernieuwbare grondstoffen. ‘Zij hebben de opschaling verzorgd’, legt Lagrain uit. ‘Het was voor ons een vruchtbare samenwerking, omdat het proces ons inzicht gaf in ons laboratoriumproces vanuit een industrieel oogpunt, evenals in de follow-up na een uitvinding.’

Uitdagingen

De synthese, opschaling en praktische resultaten – ‘Het blust echt de vlammen!’ – lijken veelbelovend. Het blijft echter een uitdaging om het proces te commercialiseren. ‘Er zijn een aantal grote uitdagingen om deze verbinding door de ‘vallei des doods’ te loodsen’, zegt Lagrain. ‘Je hebt een industriële partner nodig die bereid is om fors te investeren in het opzetten van het productieproces. Bovendien is het erg moeilijk om een businessplan op te stellen met een portfolio van slechts één verbinding.’

Een ander probleem zijn de kosten. ‘Onze moleculen zijn volledig nieuw, dus je zou ze moeten registreren bij REACH, een kostbaar proces’, zegt Makshina. ‘Bovendien zullen de productiekosten in het begin aanzienlijk zijn en is een van de uitgangsverbindingen moeilijk te verkrijgen. Ons product is dus erg goed, maar nog niet klaar voor de markt.’

Volgens Lagrain is dit een algemeen probleem. ‘Met nieuwe biobased chemicaliën moet je altijd concurreren met hun petrochemische tegenhangers. En communicatie is ook belangrijk. Als we zeggen dat onze vlamvertrager veilig en niet giftig is, suggereren we dan indirect dat de huidige producten onveilig en giftig zijn?’ Hij licht toe: ‘Dit is misschien een belangrijke boodschap voor degenen die hernieuwbare chemie in Europa willen zien floreren. Het vereist aanzienlijke investeringen, inspanningen en samenwerking met partners, omdat de markt conservatief is en wetgeving duur is.’ Een opvallend voorbeeld is Avantium: hoewel ze hun eerste commerciële release voor 2026 plannen, hebben ze al tientallen jaren een goed werkende verbinding. ‘Een goed product hebben is nog maar het begin.’

Matthijssen, J., Rammal, F., et al. (2025) ChemCatChem 17(22), DOI: 10.1002/cctc.202501139