Met de vergroening van de chemische industrie en de zoektocht naar hernieuwbare grondstoffen heeft de ontwikkeling van nieuwe processen om houtachtige biomassa om te zetten een boost gekregen. Zo ook bij de KU Leuven. ‘We werken al zo’n tien jaar aan de toepassing van heterogene katalyse in biomassa-omzettingen’, aldus Sander Van den Bosch, R&D manager van Biocon. ‘Traditioneel worden hierbij homogene katalysatoren toegepast. Wij onderzoeken daarentegen of vaste katalysatoren, die gebruikt worden in klassieke chemische processen, ook toepasbaar zijn om houtachtige biomassa om te zetten.’ Op laboratoriumschaal leverde dit interessante resultaten op.

Maar voordat de industrie ook daadwerkelijk gebruik kan maken van dit soort nieuwe processen, zijn verschillende opschalingsstappen nodig. ‘Met de eerstvolgende stap willen we aantonen dat onze processen ook op kilogramschaal werken. Maar die opschaling kunnen we niet in ons laboratorium doen. Daarom zijn we op zoek gegaan naar faciliteiten in België en omliggende landen. We hebben enkele succesvolle proeven gedaan bij het Fraunhofer-instituut in Duitsland. Maar omdat we een faciliteit nodig hadden die we regelmatig konden gebruiken en aanpassen, hebben we, mede dankzij de beschikbaarheid van publiek geld, zelf een installatie kunnen neerzetten.’ 

‘We gebruiken chemische katalysatoren en de reactor is bestand tegen hoge temperaturen en drukken’

Sander Van den Bosch 

TRANSfarm 

In december werd de Biocon-pilotplant officieel geopend bij het agrarische onderzoekscentrum TRANSfarm van de KU Leuven in Bierbeek. TRANSfarm heeft tot doel om innovaties in de bio-economie en biotechnologie sneller naar de praktijk te brengen. ‘We hebben daar een grote hal van 550 vierkante meter tot onze beschikking voor de pilotinstallatie en toekomstige andere apparatuur.’ Het hart van Biocon, de reactor met een capaciteit van 200 liter, is de eerste installatie die recent in gebruik is genomen. In de reactor kunnen verschillende reacties worden getest. ‘We kunnen met ons proces verschillende soorten houtachtige biomassa omzetten in twee producten, lignine-olie en een cellulosepulp. We gebruiken hiertoe allerlei soorten plantaardige reststromen, bijvoorbeeld uit de landbouw, bosbeheer of gemaaid bermgras. Het bijzondere aan ons proces is dat we een vaste katalysator gebruiken. Dat is anders dan in normale omzettingen van biomassa. Normaal gesproken wordt een homogene katalysator toegepast. Denk bijvoorbeeld aan de pulp- en papierindustrie die opgeloste zuren of basen gebruikt om hout te verpulpen. Wij lossen de lignocellulose uit de grondstoffen op in een oplosmiddel en brengen deze in contact met vaste katalysatoren uit de petrochemie. We passen in wezen klassieke chemie toe op biogrondstoffen.’

Het resultaat van dit innovatieve reactorconcept zijn innovatieve producten. ‘Vaak wordt biomassa omgezet in poedervormig lignine, wat dan weer lastig verder om te zetten is en vandaag meestal wordt opgebrand voor energie. De lignine-olie uit ons proces kan direct worden gebruikt als alternatief voor fossiele fenol-afgeleide producten, denk aan plastics, lijmen, verf. De vezels in cellulosepulp kunnen worden gebruikt in de productie van papier, karton of textiel. Maar pulp kan ook worden omgezet in tweedegeneratie bio-ethanol of andere biobrandstoffen bijvoorbeeld.’ 

Chemische omstandigheden 

De reactor is ontworpen voor chemische omstandigheden. ‘Hoewel we biomassa als grondstof gebruiken, voeren we de reacties niet met biokatalysatoren, zoals enzymen, gisten of bacteriën, uit die milde omstandigheden vereisen. We gebruiken chemische katalysatoren en de reactor is ontworpen om bestand te zijn tegen hoge temperaturen en drukken. Ook is hij ATEX-gecertificeerd. Het innovatieve concept en de faciliteiten wekken de interesse van zowel kleine als grote bedrijven. ‘Naast het onderzoek dat we zelf doen naar het proces en de producten, werken we ook maximaal samen met bedrijven om de impact van ons onderzoek en onze faciliteiten te maximaliseren.’ Het is dus niet ondenkbaar dat de installaties in de toekomst ook voor andere grondstoffen en processen gebruikt gaan worden. Denk bijvoorbeeld aan de chemische recyclage van afvalplastics.’ 

‘Het bijzondere aan ons proces is dat we een vaste katalysator gebruiken’

Sander Van den Bosch 

Uitbouwen 

De komende vier jaar werkt Biocon samen met TotalEnergies om te onderzoeken of de technologie verder opschaalbaar is om hernieuwbare chemicaliën en brandstoffen te produceren. ‘TotalEnergies zoekt naar ontwikkelingen die hen kunnen helpen om de transitie van fossiele naar hernieuwbare grondstoffen te maken. Als de ontwikkelingen de komende vier jaar positief zijn, hopen we het proces verder op te schalen naar demonstratieschaal. Zij zullen ons helpen om de bioraffinaderij verder uit te bouwen en daarbij de juiste keuzes te maken die industrieel relevant zijn. Het bedrijf zal ook testen uitvoeren met grotere samples pulp en lignine-olie om zo het potentieel van deze grondstoffen nog beter in kaart te brengen.’

Het bedrijf ondersteunt ook met het verder uitbouwen van de pilotfaciliteit. ‘Naast de omzetting van biomassa naar pulp en lignine-olie richten we ons ook op de vervolgstappen en zullen we andere procesinstallaties bouwen. Bijvoorbeeld om de solventen te verdampen, de pulp te drogen en om de lignine-olie verder op te werken. De bedoeling is dat er op termijn nog andere industriële partners toetreden tot het samenwerkingsverband.’ De verdere ontwikkeling van de pilootinstallaties in samenwerking met TotalEnergies kan rekenen op een bijdrage van €8,2 miljoen uit het relanceplan Vlaamse Veerkracht in het kader van het Europees Herstelplan.