Het bericht dat scheikundigen van de Universiteit Utrecht erin geslaagd zijn om plastic uit snoeihout te winnen werd afgelopen maand breed uitgemeten in de media. Onder leiding van professor Krijn de Jong is een methode ontwikkeld waarmee biomassa efficiënt kan worden omgezet in zogenaamde lagere olefines: kleine bouwstenen voor bijvoorbeeld plastics. Maar wat betekent dat precies?

Het proces van het winnen van kleine, bruikbare moleculen uit aardolie heet kraken. Deze moleculen, ook wel olefines genoemd, zijn de bouwstenen die gebruikt worden in de petrochemische industrie. Naast plastics worden de olefines uit olie als grondstof gebruikt voor een groot aantal andere producten, waaronder oplosmiddelen en cosmetica. Dat olie geen duurzame grondstof is, weet inmiddels iedereen: het ‘maken’ van olie is een natuurlijk proces dat enkele honderen, zo niet duizenden jaren in beslag neemt. Er wordt al vele jaren onderzoek gedaan naar het gebruik van alternatieve, duurzame grondstoffen om het dreigende olietekort op te vangen.

Plastic is niet meer weg te denken uit het huidige wereldbeeld. Of het gaat om de computer waarop je dit leest of de verpakking waaruit je net een glaasje sap hebt ingeschonken, plastic is alom aanwezig. Door de vele toepassingen ervan is het bovendien een onmisbaar product geworden – ook hiervoor moeten dus alternatieve productiewijzen worden ontwikkeld. Dit heeft onder andere geleid tot het ontstaan van de bioplastics: plastics die geproduceerd worden uit hernieuwbare biomassa. Tot nu toe is echter vooral maïs als grondstof gebruikt, waar tegelijktertijd veel biobrandstoffen uit worden gewonnen. Weinig ideaal wanneer je bedenkt dat hongersnood in grote delen van de wereld aan de orde van de dag is. Eén van de grote voordelen van de nieuwe methode is dat verschillende soorten biomassa, bijvoorbeeld afvalhout, als grondstof kunnen worden gebruikt.

In Science valt te lezen dat er katalysatoren zijn ontwikkeld die synthesegas, gewonnen uit biomassa, in een enkele stap omzetten in kleinere bouwstenen. Via een chemische reactie kan het gas omgezet worden in de gewenste koolstofverbindingen en het ‘afvalproduct’ water, waardoor het een relatief schone reactie is. Deze omzetting is niet nieuw. Tot nu toe was het echter niet gelukt om de reactie in een enkele stap te laten verlopen.

Een katalysator is een stof die de reactie helpt verlopen, maar tijdens het proces niet opgebruikt wordt. Dat heeft als voordeel dat het meerdere reactiecycli door kan maken en dat er dus relatief weinig van toegevoegd hoeft te worden. Daarnaast verandert het de balans tussen de eindproducten van een reactie. Een goede katalysator geeft het gewenste product met zo min mogelijk afval, en is in dit geval gedurende langere tijd stabiel bij de hoge temperatuur en druk vereist voor de reactie. De activiteit is eveneens belangrijk voor de industrie: een hogere activiteit betekent immers dat er in kortere tijd meer geproduceerd kan worden. Al met al is het zoeken naar een goede balans. De wetenschappers van de UU zijn erin geslaagd om katalysatoren te ontwikkelen die niet alleen het gewenste product geven, maar dat ook volhouden op een naar industriële maatstaven realistische tijdsschaal. Bovendien gebeurt de omzetting in één stap, wat kostenbesparend werkt.

De katalysatoren zijn gebaseerd op ijzerverbindingen. IJzer geniet een sterke voorkeur voor dergelijke reacties omdat het de vorming van methaan remt, een broeikasgas dat in de praktijk slecht bruikbaar is maar doorgaans de reactieproducten domineert. Tot nu toe waren dergelijke katalysatoren instabiel op hogere temperaturen doordat zich koolstofafzettingen vormen, die zorgen dat de katalysator niet meer goed werkt. De ijzerverbindingen zijn hier op een dragermateriaal geplaatst, waardoor er een betere spreiding van de deeltjes is en de koolstofafzettingen zijn gereduceerd. Door het dragermateriaal bovendien slim te kiezen wordt de katalysator makkelijker actief en blijft deze gedurende langere tijd stabiel. Dankzij deze verbeteringen is er nu een opening om te onderzoeken of het proces op industriële schaal kan worden toegepast. Dow Benelux, dat ook geholpen heeft met de totstandkoming van het artikel, kijkt de komende jaren met de groep van professor De Jong naar de mogelijkheden.

Een hele vooruitgang dus, maar voordat daadwerkelijk plastic wordt gemaakt uit snoeihout is nog een lange weg te gaan. De industrie is een log apparaat waarin innovaties maar moeizaam hun weg vinden. Het proces van optimalisatie en het vertalen naar grote schaal duurt enkele jaren en moet zich nog bewijzen. Gelukkig is de interesse voor deze katalysatoren in ieder geval gewekt en zijn de eerste stappen gezet – hopelijk kunnen we over een aantal jaren de term plastic fantastic eindelijk recht aandoen.