“De wereldwijde vraag naar biologische oppervlakteactieve stoffen is enorm. Vandaag spreken we over een groei met twee cijfers. We stellen vast dat alle bedrijven zich momenteel willen positioneren op het gebied van duurzame producten en meer respect voor het milieu.” F. Warzée, DETIC[1]
Op 2 december 2020, na 4 jaar werk rond het thema van de valorisatie van tarwezemelen tot tensio-actieve stoffen, organiseerde het Interreg ValBran-projectteam een webinar om zijn onderzoeksresultaten voor te stellen. Dit evenement bracht online bijna 100 deelnemers uit België en Frankrijk samen.[2]
De sterke groei van biogebaseerde oppervlakte-actieve stoffen
Wereldwijd vertegenwoordigen de biologische oppervlakteactieve stoffen momenteel slechts een heel klein deel van de markt van de oppervlakteactieve stoffen. Maar deze markt krijgt alle aandacht van industriëlen en begint terrein te veroveren. Dit blijkt uit het enthousiasme van de ongeveer 50 bedrijven die zich voor het evenement hebben ingeschreven.
In Europa, bijvoorbeeld, vertegenwoordigt de productie van oppervlakteactieve stoffen van biologische oorsprong ongeveer 1.100 kt/jaar, terwijl die van fossiele oorsprong ongeveer 2.400 kt/jaar bedraagt, dat is meer dan het dubbele[3].
Waarom zo’n interesse?
Naast het feit dat ze gemaakt zijn uit hernieuwbare grondstoffen zijn de belangrijkste voordelen van biogebaseerde oppervlakteactieve stoffen:
- Hun lage ecotoxiteit en hun biologische afbreekbaarheid waardoor ze interessante alternatieven zijn voor de mens en het milieu.
Richtlijn 73/404/CE verbiedt het op de markt brengen van oppervlakteactieve stoffen waarvan de biologische afbreekbaarheid minder dan 90 % bedraagt en bepaalde oppervlakteactieve moleculen niet beantwoorden aan de criteria van de REACH-verordening[4].
- Hun vermogen om te voldoen aan de regelgeving op het gebied van veiligheid (milieu).
- Het gebruik van goedkope grondstoffen (vetten, oliën, suikers) om ze te produceren.
- Hun grote diversiteit aan structuren, waardoor een specifiek antwoord op een bepaalde toepassing mogelijk is.
- Hun betere schuimende eigenschappen, in vergelijking met op aardolie gebaseerde oppervlakteactieve stoffen.
- Hun bredere toepassingsgebied bij lage temperaturen, hoge pH’s en zoutgehaltes, in vergelijking met op aardolie gebaseerde oppervlakteactieve stoffen.
- Hun antimicrobiële eigenschappen (schimmelwerend, antibacterieel en/of antiviraal). Hoewel niet alle biologische oppervlakteactieve stoffen betrokken zijn.
Voor meer informatie over dit onderwerp: www.wheatbransurfactants.eu (volledig verslag: beschikbaar voor eind december 2020).
De toepassingen die de ontwikkeling van biogebaseerde moleculen stimuleren
Wereldwijd zijn de meest gebruikte biologische oppervlakteactieve stoffen methylestersulfonaat (MES) (33,3%), de alkylpolyglycosiden (25%, meer dan 100.000 t/jaar), de sorbitaan esters en de suikeresters (ongeveer 6.000 t/jaar). Ze worden voornamelijk gebruikt in de productie van schoonmaakmiddelen (45%) en cosmetica (bijna 11%).[3]
Er is al een heel assortiment biogebaseerde oppervlakteactieve stoffen (suikeresters, APG’s, lipo-aminozuren…). De regio Grand-Est heeft tien jaar geleden geïnnoveerd met de ontwikkeling van de eerste oppervlakteactieve stoffen op basis van tarwezemelen en de oprichting van het bedrijf Wheatoleo.
Het ValBran-project wil de in tarwezemelen overvloedig aanwezige polysacchariden (cellulose en hemicellulose) valoriseren onder de vorm van oppervlakteactieve moleculen.
Het innovatieve karakter ervan hangt samen met de ontwikkeling van een biotechnologieproces en het gebruik van enzymen om niet alleen de suikers te fractioneren, maar ook om oppervlakteactieve stoffen te ontwikkelen en te functionaliseren. Het doet een beroep op een hele resem van processen en in het bijzonder op scheidings-/zuiveringsprocessen om nieuwe, orginele structuren te ontwikkelen voor toepassingen zoals voeding (levensmiddelenadditieven), schoonmaakmiddelen, cosmetica maar ook fytosanitaire producten.
“Dit project speelt in op de belangen van industriëlen. Immers op korte tot middellange termijn (5-10 jaar) verwachten we dat de Belgische en Franse bedrijven het petrochemische zullen verlaten en zich zullen richten op de biomassa, met een voorkeur voor landbouwafval en alles wat samenhangt met voeding. De industriëlen zijn zich ervan bewust dat de landbouw zich richt op de massaproductie van levensmiddelen om aan de wereldwijde vraag te voldoen. De productie van oppervlakteactieve stoffen op basis van voedselafval wordt dus zeer interessant.” Frédéric Warzée, extrait du rapport de clôture du projet ValBran.
Niet-ionische oppervlakteactieve stoffen van het type APG (alkylpolyglycosiden) en suikeresters
In het kader van het project werden de gezamenlijke benaderingen van de witte biotechnologieën en de groene chemie gebruikt om originele synthesemethoden te ontwikkelen van alkylglycosiden en suikeresters, de twee beoogde groepen van gerichte oppervlakteactieve moleculen. Meer precies had de studie betrekking op niet-ionische oppervlakteactieve stoffen van plantaardige oorsprong van het type APG (alkylpolyglycosiden) en suikeresters.
Met de synthesemethoden van deze moleculen is het mogelijk om biologische oppervlakteactieve stoffen te produceren door een lipofiel deel van plantaardige oorsprong (bv. vetzuur) chemisch of enzymatisch te enten op een hydrofiel deel van plantaardige oorsprong (bv. suiker).
Vergeleken met oppervlakteactieve stoffen van fossiele oorsprong die worden geproduceerd onder drastische omstandigheden (hoge temperatuur, chemische katalysatoren), gebeurt de synthese van biologische oppervlakteactieve stoffen door enzymen onder milde reactieomstandigheden (matige temperatuur, geen chemische katalysatoren).
Verklarend schema – Door Caroline Rémond, projectleider, Université de Reims Champagne Ardenne, INRAE, FARE, UMR 614, chaire AFERE en Richard Plantier-Royon, Institut de Chimie Moléculaire de Reims, CNRS UMR 7312, Université de Reims Champagne-Ardenne.
Voor meer informatie over dit onderwerp: www.wheatbransurfactants.eu (volledig verslag: beschikbaar voor eind december 2020).
Enzymatische synthese van moleculen
Enzymen, natuurlijke moleculen die in alle levende organismen aanwezig zijn, zijn veel specifiekere katalysatoren dan de meeste chemische katalysatoren. Ze beperken de productie van ongewenste moleculen die aan het einde van de reactie moeten worden geëlimineerd, zoals de moleculen die een ongewenste kleuring veroorzaken. Een ander voordeel is dat ze kunnen worden gebruikt in milde reactieomstandigheden: gematigde temperatuur, bijna neutrale pH, atmosferische druk.
De enzymatische reacties hebben echter bepaalde nadelen die de economische levensvatbaarheid van het proces kunnen beïnvloeden.
- Allereerst zijn enzymen duurdere katalysatoren dan chemische katalysatoren.[5]
- Ten tweede moet het rendement van de reactie (de hoeveelheid suikers van de tarwezemelen die in een product kunnen worden omgezet) hoog zijn.
In het kader van het project werden verschillende benaderingen bestudeerd om deze technologische obstakels te overwinnen. Zo werd de enzymatische synthese van suikeresters ontwikkeld in aanwezigheid van een geïmmobiliseerd enzym waardoor het tijdens verschillende productiecycli van biologische oppervlakteactieve stoffen kan worden gebruikt. In het geval van de enzymatische synthese van alkylglycosiden bestond een optimalisatie uit het terugwinnen van het alcohol die aan het einde van de reactie niet had gereageerd en deze te gebruiken bij een volgende productie van alkylglycosiden. Deze recirculatie van reagentia helpt om de operationele kosten te verlagen.
Dit obstakel betreffende de kosten kan worden overwonnen met gerichte ondersteuning en een gefinancierd onderzoek voor nieuwe formuleringen van producten. Het klaarblijkelijke voordeel voor bedrijven is de flexibiliteit van de samenstelling, voor zover een zekere prestatie kan worden gegarandeerd.
Wat voor ondersteuning?
In een recente studie meldt de JRC Science Hub[6] dat, om deze markt te stimuleren, verschillende beleidsinterventies kunnen plaatsvinden[7] :
- Ofwel een interventie op het gebied van investeringsstimulansen via subsidies, leningen, waarborgen, enz.
- Ofwel een interventie om de productie van chemische producten van fossiele oorsprong duurder te maken. Bijvoorbeeld via een CO2-belasting.
- Ofwel een interventie om het gebruik van biogebaseerde producten in bepaalde industrieën te verplichten en zo hun vraag te stimuleren.
Vooruitzichten en continuïteit van het wetenschappelijk onderzoek
De beoordeling van de eigenschappen van de biologische oppervlakteactieve stoffen uit het project heeft hun belang aangetoond voor diverse toepassingen. Dit belang werd bevestigd door tests van verschillende bedrijven (ARD in Frankrijk, Sopura en Nuscience in België) in verschillende formuleringen.
Voor meer informatie over de presentaties van Sopura en ARD kunt u de replay en PDF-presentatie van de webinar aanvragen: bij info@valbran.eu
Een validatie op een hogere TRL-schaal[8] is nu noodzakelijk om zich te richten op een industriële ontwikkeling.
De belangrijkste elementen van het project vanaf 02.12.2020 :
- 9 partners die 4 jaar lang hebben samengewerkt.
- 8 extra medewerkers ingehuurd tijdens het project:
- 4 postdoctorale studenten;
- 1 ingenieur;
- 3 technici.
- 5 wetenschappelijke artikelen: 3 gepubliceerde artikelen en 2 andere in voorbereiding.
- 27 communicatieacties: spreken op evenementen, deelname aan postersessies, organisatie van grootschalige evenementen, aanwezigheid in de pers, enz.
- Proactieve sensibilisering van het project en de doelstellingen ervan ten aanzien van Franse en Belgische studenten tijdens cursussen over de bio-economie.
- 185 bedrijven op de hoogte.
- 4 bedrijven onder toezicht.
- ± 35 persberichten, inclusief 1 TV-reportage.
Tot uw beschikking:
- Binnenkort: het verslag van de projectafsluiting van www.wheatbransurfactants.eu. De gedrukte versie van dit rapport is te bestellen op info@valbran.eu.
- Replay en PDF-presentatie van de webinar: op aanvraag verkrijgbaar via info@valbran.eu
—
[1] DETIC is de Belgisch-Luxemburgse vereniging van producenten en distributeurs van cosmetica, schoonmaakmiddelen, onderhoudsproducten, lijmen en mastieken, biociden en aerosolen.
[2] In totaal hebben 148 mensen zich ingeschreven voor het webinar, voornamelijk industriëlen en wetenschappers uit de regio Frankrijk-Wallonië-Vlaanderen. Op 2 december volgden 107 mensen het webinar live.
[3] RoadToBio. Roadmap for the Chemical Industry in Europe towards a Bioeconomy. Strategy Document. 2019
[4] Artikel 2 van de Richtlijn van de Europese Raad van 22 november 1973 (73/404/CEE) bepaalt dat: “De Lidstaten verbieden het op de markt brengen en het gebruiken van detergentia, wanneer de gemiddelde biologische afbreekbaarheid van de daarin aanwezige oppervlakteactieve stoffen minder dan 90% bedraagt voor elk van de volgende categorieën: de anionactieve, de kationactieve, de niet-ionische en de amfolitische oppervlakteactieve stoffen. Het gebruik van oppervlakteactieve stoffen waarvan de gemiddelde graad van biologische afbreekbaarheid ten minste 90% bedraagt , mag bij normaal gebruik geen schade berokkenen aan de gezondheid van mens of dier. ”
[5] Biotechnology Notes. Biosurfactants: Definition, Classification, Production and Applications. Barriers to Plant Biotechnology. 2018 Août. https://www.biotechnologynotes.com/ consulté le 11.09.2020
[6] Het aan de Europese Commissie (dienst wetenschap en kennis) verbonden Joint Research Centre groepeert onderzoekers die aan de Europese en nationale autoriteiten feiten en solide wetenschappelijke bewijzen leveren die het beleid van de EU sturen. Meer info? https://ec.europa.eu/jrc/
[7] JRC Science Hub, European Commission. Insights into the European market for bio-based chemicals. 2019
[8] TRL-schaal (Technology Readiness Level): Schaal die wordt gebruikt om de rijpheid van een technologie te meten of aan te geven. Deze schaal omvat 9 niveaus. Niveau 9 komt overeen met een technologie die beschikbaar is voor klanten (op de markt gebracht productiesysteem). (Université de Reims Champagne Ardenne, 2020)
—
Les orateurs
Un webinaire organisé par ValBiom asbl et animé par IAR – Le Pôle français de la Bioéconomie.
