Vlaamse bio-ingenieurs ontwierpen een fundamenteel nieuwe route om lactide te synthetiseren. Die kan een revolutie teweeg­brengen in de productie van het bioplastic polymelkzuur.

‘Voor ons chemici is het al heel interessant dat we nu hebben bewezen dat het op labschaal kan, maar om echt impact te hebben moet het natuurlijk toe naar een proces op industriële schaal.’ Aan het woord is onderzoeker Michiel Dus­selier, die begin dit jaar samen met promovendus Rik De Clercq in Angewandte Chemie een nieuwe katalysator beschreef die melkzuuresters efficiënt omzet naar lactide.

Katalyse helpt nu ook bioplastic

Zijn team van bio-ingenieurs van het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse van de KU Leuven, met naast Dusselier en De Clercq onder meer ook Ekaterina Makshina en Bert Sels, ontdekte een fundamenteel nieuwe katalytische syntheseroute voor de PLA-voorloper lactide. Met de juiste katalytische actie van een specifiek gekorrelde TiO2/SiO2-katalysator bleken de onderzoekers in staat alkylesters van melkzuur in een continue gasstroom in een keer om te zetten naar lactide. Daar­mee lijkt de katalysetechnologie, die vooral bekend was uit de petrochemie en basischemie, nu ook de productie van bioplastics voorwaarts te helpen.

Opschalen

Als bioplastic lijkt polymelkzuur (polylactic acid, PLA) een veelbelovend alternatief voor petrochemische polymeren. Maar het productieproces ervan is tot op heden een kostbaar meerstapsproces: meestal zet je suikers om in achtereenvolgens melkzuur, zeer grote oligomeren van melkzuur, en uiteindelijk het cyclische melkzuurdimeer lactide. Via ringopeningspolymerisering zet je dat om in polymelkzuur.

De onderzoekers gaan het nieuwe proces de komende maanden verder opschalen binnen het project AgriChemWhey, waarin elf partners uit vijf Europese landen met Europese Horizon2020-subsidie onder meer een kostenefficiënte PLA-productie uit afvalstromen van de kaasproductie gaan aanpakken. Dusselier: ‘De kleine lab­reactor waarop onze eerste publicaties zijn gebaseerd, levert bij twaalf uur doorlopend werken ongeveer 5 g lactide.’ Zijn groep gaat trachten dat op te schalen naar het tien- tot twintigvoudige. ‘Op die schaal kunnen we ook zinvol kijken naar slim afscheiden en recyclen van grondstof die niet reageerde. De huidige reactor levert ongeveer 40 % zuiver lactide. Daar zit dus nog ruimte voor verbetering.’

Goede mogelijkheden

Een uitgebreide technisch-economische analyse maakt tevens onderdeel uit van het AgriChemWhey-project. Maar in klad ziet Dusselier voorlopig goede mogelijkheden. ‘Het gaat om een proces in de gasfase. Daarmee zijn sommige industrieën beter vertrouwd dan met vloeistofprocessen. Ook als het gaat om procesoptimalisatie. Je zit niet met reststromen van oplosmiddelen.’ De katalysator bestaat uit commercieel goed verkrijgbare elementen en Dusse­lier stelt dat hij hem in zijn eigen lab in voldoende hoeveelheden volgens de juiste specificaties kan samenstellen.

Een van de uiteindelijke doelen van het AgriChemWhey-project is om PLA-zuivelverpakkingen te produceren uit reststromen weipermeaat, een waterige vloeistof met nog wat lactose, eiwitresten en mineralen die overblijft van kaasbereiding. ‘Voor een uiteindelijk productieproces op echt grote schaal dragen wij te zijner tijd de bevindingen van ons universitaire onderzoek graag over aan industriële partners’, besluit Dusselier.