Een Japans-Nederlands team heeft een syntheseroute voor PEF-kunststof ontwikkeld die veel minder energie zou moeten verbruiken dan de huidige. Zo worden ‛groene’ frisdrankflesjes op basis van plantensuikers nog iets milieuvriendelijker, meldt het tijdschrift ACS Catalysis.

De winst zit vooral in het feit dat je kunt gaan werken met veel hogere grondstoffenconcentraties. Per gram kunststof hoef je dus minder oplosmiddel te verwarmen, te koelen en te zuiveren. Bovendien laten enkele stappen zich combineren tot een éénpotsreactie, wat het proces een stuk eenvoudiger maakt.

Dat PEF wordt al jaren door het Nederlandse bedrijf Avantium aangeprezen als alternatief voor PET-kunststof op aardoliebasis. Het is een copolymeer. Het ene ingrediënt is 2,5-furaandicarbonzuur (FDCA) dat wordt bereid uit suikers, met 5-hydroxymethylfurfural (HMF) als tussenstap. Het andere is 1,2-ethaandiol (MEG) dat voorlopig nog op aardoliebasis is maar in de toekomst ook uit planten moet komen.

Hoe Avantium de uiteindelijke PEF-productie denkt aan te pakken, is een goed bewaard bedrijfsgeheim. Anderen hebben echter de ervaring dat je FDCA het beste eerst kunt veresteren met methanol tot methylfuraan-2,5-dicarboxylaat (MFDC). Die methylgroepen vervang je weer door MEG zodat je bis(2-hydroxyethyl)furaan-2,5-dicarboxylaat (HEFDC) krijgt. Dat HEFDC blijkt dan weer PEF-ketens te kunnen vormen.

MFDC overslaan en FDCA rechtstreeks met MEG laten reageren kan op papier wel, maar naar verluidt levert dat te veel bijproducten op. FDCA overslaan en HMF rechtstreeks laten reageren tot MFDC kan ook, maar werkt alleen goed als je het vrij instabiele HMF zeer sterk verdunt. FDCA én MFDC overslaan en rechtstreeks HEFDC maken uit HMF lukt tot nu toe zelfs op papier niet.

In Angewandte Chemie presenteerden Kiyotaka Nakajima, van Hokkaido University in Sapporo, en Emiel Hensen van de Technische Universiteit Eindhoven die toen in Japan op sabbatical was, vorig jaar het idee om HMF om te zetten in een cyclisch acetaal door het te laten reageren met 1,3-propaandiol. Dat acetaal, afgekort PD-HMF, is thermisch veel stabieler dan ‛kaal’ HMF. Bij de omzetting in FDCA, met nanogouddeeltjes op een ceriumoxidedrager als katalysator, blijk je te kunnen werken met concentraties tot 20 % zonder dat je al te veel bijproducten krijgt - normaal gesproken is 2 % zo’n beetje het maximum.

En in ACS Catalysis presenteren beide auteurs nu de ontdekking dat je met PD-HMF als tussenstap wel degelijk FDCA kunt overslaan en rechtstreeks MFDC of HEFDC kunt maken. Daar kun je ook nog eens dezelfde goud-op-ceriakatalysator voor gebruiken, en kun je de hele procedure laten verlopen in een en dezelfde reactor. En de maximale concentraties zijn nog steeds ongekend hoog: 20 % is wellicht iets te hoog gegrepen maar 10 % gaat prima.

Het reactiemechanisme is nog niet helemaal duidelijk, al geven simulaties met dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) wel een idee van wat er vermoedelijk in die ene pot gebeurt.

Vervolgonderzoek moet uitwijzen of het ook op industriele schaal zo goed werkt.

bron: ACS Catalysis (met dank aan Emiel Hensen)