Vijf Nederlandse waterschappen willen een fabriek gaan bouwen die bacterievet uit rioolwater omzet in bioplastic korreltjes. Als de extractie en de verwerking iets goedkoper worden, kan bioplastic uit afvalstromen het laboratorium ontgroeien.

Voor producenten van draagzakken, lijmen, bermpaaltjes en verpakkingsmaterialen dient zich een nieuwe kans aan om bij te dragen aan de circulaire economie. Vijf Nederlandse waterschappen zoeken namelijk investeerders voor een demonstratiefabriek die jaarlijks vijfduizend ton korreltjes PHA (polyhydroxyalkanoaten) maakt. Deze vorm van bioplastic is composteerbaar, en als het als afval in zee belandt, breekt het ook daar snel af.

Bacteriën in het slib van waterzuiveringsinstallaties eten het organische afvalmateriaal op, en slaan het overtollige bacterievet op als reservevoedsel. De demonstratiefabriek wint dit PHA uit het omgezette slib, en maakt er vervolgens plastic korreltjes van.

Chipszakken

Bioplastic uit rioolwater is haalbaar, zo bewees al een proef bij de zuiveringsinstallatie in Bath, die € 1 miljoen kostte. Tien maanden lang won eigenaar Waterschap Braban­tse Delta met het Zweedse technologiebedrijf AnoxKaldnes 1 kg PHA per dag. ‘Over de resultaten zijn we zo enthousiast dat we ons nu gaan inzetten voor een demonstratiefabriek’, zegt Theo Schots, bestuurslid van Brabantse Delta. ‘Als waterschap willen we waardevolle producten uit rioolwater gaan halen. Zo dragen we bij aan de circulaire economie.’ De Brabantse Delta zoekt nu contact met potentiële investeerders als Pepsico vanwege hun chipszakken, met Ikea voor meubilair en verpakkingsmateriaal en met tuinbouwbedrijven voor plantenpotten.

Interesse vanuit meerdere partijen vergroot de kans op commercialisatie

De pilotinstallatie gebruikte de zogenoemde Cella-technologie, die AnoxKaldnes ontwikkelde en nu in handen is van het Franse Veolia Water. De proefinstallatie zette het slib, afkomstig uit behandeld rioolwater, eerst om in vluchtige vetzuren. Vervolgens kregen opgekweekte bacteriën uit het rioolslib een mengsel van slib en vetzuren toegediend. Onder gecontroleerde omstandigheden, dus met constante voedingsconcentraties en temperatuur, bleken ze voldoende PHA op te slaan. Voor de pilot extraheerde het bedrijf PHA uit het bacteriemengsel en zette dat om in korreltjes en granulaten in een proeffaciliteit van Veolia in Zweden. Van het plastic maakte het houders voor businesskaartjes.

Andere partijen

Intussen doen ook andere partijen ervaring op met PHA uit afvalstromen, wat de kans op commercialisering vergroot. De Tech­nische Universiteit Delft ontwikkelde, in samenwerking met anaerobe waterzuiveraar Paques uit Balk, technieken om PHA uit afvalwater van bedrijven te krijgen. ‘De techniek van Veolia is net iets anders dan de onze’, zegt Robert Kleerebezem, onderzoeksleider bij de TU Delft. ‘De zuiveringsinstallaties van de waterschappen halen straks een mix van bacteriën uit het rioolwater en kweken die ter plaatse op. Wij gebruiken één bacteriesoort, Plastici­cumulans acidivorans, die we goed kennen. Die kweken we op bij de zuiveringsinstallatie.’

In een eerste pilot van vier jaar geleden haalden de Delftse onderzoekers per dag ook 1 kg PHA uit het afvalwater bij snoepfabriek Mars in Veghel. Dit afvalwater zit vol suikers en vet, dus dan is het niet zo gek dat bacteriën voldoende PHA opslaan. Maar ook bij een pilot bij papierfabriek Eska, waar het complexere afval veel vluchtige vetzuren zoals boterzuur bevat, lukte het zoveel PHA te extraheren. Paques en de TU Delft onderzoeken nu met afvalverwerker Attero de haalbaarheid van PHA’s uit gft. PHA verkrijgen ze door gft eerst te besproeien met gerecycled percolaatwater, en dit water vervolgens naar bioreactoren met PHA-producerende bacteriën te leiden.

Eerst verwen je de bacterie en daarna honger je haar uit

De Delftse onderzoekers kweken hun acidivorans onder meer door haar in een reactor aan een uitgekiend voedingsregime te onderwerpen. Ze verwennen de bacterie eerst een paar uur met heel veel afval, en daarna hongeren ze haar uit. Na elke hongerperiode – een keer per 12 uur – halen ze de helft van het afvalwater met zijn bacteriën weg. Door dit elke dag te herhalen zijn, na dertig tot zestig generaties, de bacteriën die in de verwentijd het best PHA kunnen opslaan overgebleven. Kleerebezem werkt ook mee aan de verbetering van de PHA-winning in rioolzuiveringsinstallaties, onderzoek dat Wetsus nu uitvoert. ‘We kijken of we technieken kunnen combineren’, zegt Kleerebezem.

Wetgeving

Volgens een rapport van het Biorenewables Business Platform uit 2016 moeten bij alle initiatieven nog betere extractie- en opwerkingstechnieken komen om de PHA-productie rendabel te maken. Ook moeten eigenschappen zoals rekbaarheid of trekkracht van de 150 bekende types PHA worden verbeterd, zodat ze passen bij de wensen van de afnemers, iets waaraan Wageningen University & Research werkt. ‘Ook schaalvergroting is belangrijk’, schrijft de auteur van het rapport, Remco Hoogma van adviesbureau Dwarsverband. ‘Schaalvergroting vereist marktontwikkeling, maar de meeste PHA-bedrijven zijn techniekgedreven en werken niet samen met een markt’, analyseert Hoogma.

Stowa, het onderzoeksinstituut van de Nederlandse waterschappen, berekende afgelopen jaar dat een demonstratiefabriek € 20 miljoen zou gaan kosten. Een commerciële PHA-fabriek zou nog eens vier keer zo duur zijn. Zo’n fabriek zou bijvoorbeeld PHA kunnen gaan verwerken van drie waterzuiveringsinstallaties in Brabant, die het water zuiveren van tweehonderdduizend tot een miljoen mensen. Volgens Stowa zou een productieprijs van € 3,5 per kg PHA op die schaal haalbaar moeten zijn. Dat zou bijna uit kunnen: de huidige marktprijs van bioplastic is € 4 tot € 6 per kg. Maar nog steeds moet de productie goedkoper, om genoeg winst te maken. Daar werkt Wetsus nu aan.

En er moet meer gebeuren, schetst Schots van Brabantse Delta. ‘Volgens de afvalstoffenwetgeving zouden we dit bioplastic niet mogen gebruiken in verpakkingen rond voedingsmateriaal, terwijl het volgens Stowa veilig is. We moeten dus ook nog met de overheid om de tafel over een afvalstoffenregeling die flexibeler is, en toch veiligheid garandeert.’

Bronnen voor bioplastic

Het bioplastic dat je nu koopt, in de vorm van bioplastic zakken of potjes, is gemaakt van suiker uit suikerbiet of mais. Dat geldt ook nog voor de nieuwe PEF-flessen van het Nederlandse bedrijf Avantium, dat nu met BASF een eerste commerciële fabriek bij Antwerpen bouwt. PEF, waarbij je suiker chemisch omzet in polymeren, is milieuvriendelijker dan plastic op oliebasis. Maar suikerproductie kost land en bestrijdingsmiddelen. Bioplastic van suiker wordt daarom ook wel eerste­generatiebioplastic genoemd.

Volgens een rapport van het Nederlandse Biorenewables Business Platform (2016) zijn er inmiddels wereldwijd zo’n dertig bedrijven die tweede- en derdegeneratietechnieken ontwikkelen om PHA uit afvalstromen te halen. Zo kan PHA ook uit methaan komen, afkomstig van biogas of uit de veehouderij. Bij een proces van het Amerikaanse Newlight Technologies zetten enzymen methaan om in PHA. Onder meer Ikea verwerkt bioplastic uit een demonstratiefabriek in zijn woondecoraties.

En bijvoorbeeld de Amerikaanse start-up Mango Materials zet methanotrofe bacteriën in om PHA uit biogas te verkrijgen. Een proefinstallatie in Redwood City vangt methaan op in een fermentor, waarin de methanotrofen PHA in hun cellen opslaan. Mango Materials zoekt nu afnemers voor de vezels die het van het PHA maakt, om bio-afbreekbare T-shirts en andere kledingstukken te produceren.