Plastic, maar dan zonder aardolie

Technologie Wie heeft de groenste fles? Die strijd vechten frisdrankfabrikanten nu uit, met hulp van bedrijfjes in kunstplastic.

Je zou het de tweede colaoorlog kunnen noemen. Dit keer gaat het niet om de smaak van het product, maar om het imago: welke colafabrikant is het groenst?

‘Groene’ flessen, ‘groene’ koelvloeistoffen voor in de automaten, zelfs ‘groene’ displays in de winkels – allemaal gemaakt uit landbouwafval, en niet meer uit aardolie. De belangrijkste strijd speelt zich op dit moment af rond de plastic fles. Wie is in staat om als eerste het benodigde plastic, polyethyleentereftalaat of kortweg PET, te fabriceren uit biologische componenten?

Eind december 2009 kondigde Coca Cola aan dat ze hun eigen flessen (en inmiddels ook die van de ketchup van Heinz) voor een deel gingen maken uit onder andere rietsuikerafval. Zo werden er in 2010 al ruim 2,5 miljard ‘PlantBottles’ in negen verschillende landen verkocht en dit jaar zal dat aantal worden verdubbeld. Ook ligt de groene Coca Cola fles sinds kort in de Nederlandse schappen. In totaal is daarmee volgens Coca Cola tot nu toe al een reductie van 30.000 ton CO2 bereikt. Pepsi wilde daar natuurlijk overheen en kondigde in maart een ‘PET without petroleum’ aan, plastic dat helemaal gemaakt is uit landbouwafval – maar dat 100 procent groene PET zal pas ‘na een geslaagde testfase’ in 2012 in commerciële productie worden gebracht.

PET voor frisdrankflessen wordt gemaakt door twee chemische componenten met elkaar te verknopen tot lange ketens. Een van de twee is glycol, dat ook als antivriesmiddel wordt gebruikt in auto’s. Het vertegenwoordigt ongeveer een derde van de uiteindelijke massa van het plastic, vandaar dat Coca Cola zijn ‘PlantBottle’ 30 procent groen noemt. Glycol kan betrekkelijk eenvoudig worden gemaakt uit suikers die in planten zitten. De moeilijkheid zit ’m er in ook die andere component, tereftaalzuur, ‘groen’ te krijgen. Toen begin april weer een nieuwe frisdrankfabrikant (het hier onbekende Dasani) overging op de groene flessen van Coca Cola, liet algemeen directeur Scott Vitters van Coca Cola’s PlantBottle-fabriek weten: “Er bestaan tal van processen die een fles opleveren die helemaal van planten is gemaakt, en die zich in het laboratorium hebben bewezen. Wij werken er aan om deze doorbraken ook tot een commercieel succes te maken, en we nodigen iedereen in de industrie uit om de wetenschap achter plantaardige verpakkingen vooruit te helpen.”

Landbouwafval

Inmiddels proberen tal van grote en kleine chemische bedrijven om in die behoefte te voorzien. Een daarvan is het Amerikaanse Virent Technologies uit Wisconsin. Dat ontwikkelde de afgelopen jaren een soort van bioraffinaderij: op basis van verschillende soorten suikers en landbouwafval maken ze langs chemische weg en in waterige oplossingen dezelfde componenten die je terugvindt in brandstoffen op basis van aardolie zoals benzine, diesel en kerosine. En dat zijn tegelijk de grondstoffen voor ‘groene’ plastics als PET en polyethyleen. Op 6 juni maakte Virent bekend dat ze erin geslaagd waren om uit suikers de grondstof te maken voor tereftaalzuur. Tegelijk gaat het bedrijf op zoek naar partners “…om te onderzoeken wat er nodig is voor toepassing op commerciële schaal.” Het plan is om dat eind 2014 voor elkaar te hebben. Daarvoor zal de huidige demonstratiefabriek in Madison, Wisconsin, met een huidige capaciteit van enkele tientallen tonnen per jaar, flink moeten worden uitgebreid tot zo’n honderdduizend ton per jaar.

Een andere (Amerikaanse) speler op dit terrein is het eveneens Amerikaanse GEVO uit Colorado, volgens het gezaghebbende ICIS Chemical Business de partner van Pepsi, al doen beide bedrijven daar officieel geen uitspraken over. Zij wisten micro-organismen als gist zover te krijgen dat ze uit suikers geen gewone alcohol (ethanol) maken, maar een wat zwaarder molecuul, isobutanol. Dat is niet alleen een geschikte brandstoftoevoeging, maar kan chemisch worden omgezet in tereftaalzuur. Ook GEVO wil dit snel op grote schaal gaan doen. Een bestaande alcoholfabriek moet binnen een jaar worden omgebouwd om jaarlijks enkele tienduizenden tonnen isobutanol te gaan produceren.

Maar in die schaalvergroting zitten vaak de grootste moeilijkheden. In het laboratorium en in kleine demonstratiefabrieken vormen dit soort reacties en processen geen enkel probleem. Het gaat om betrekkelijk simpele chemie en biotechnologie op basis van speciale katalysatoren en enzymen waar uiterst geheimzinnig over wordt gedaan en die door vele patenten worden beschermd. Grote vraag is echter of het ook op grote schaal en daarmee op een economisch verantwoorde manier kan. Bij de omzetting van suiker naar plastic treden namelijk nogal wat verliezen op: er komt bijvoorbeeld veel CO2 vrij. Daardoor worden niet alle koolstofatomen die in de suikers aanwezig zijn nuttig gebruikt.

Het Nederlandse bedrijf Avantium Technologies in Amsterdam doet het daarom helemaal anders. Ook zij gaan uit van suikermoleculen, maar zetten die in twee simpele stappen om in een alternatief voor tereftaalzuur, FDCA. De moleculen lijken sterk op elkaar, al heeft FDCA in plaats van een koolstofringetje van zes atomen, een kleiner ringetje van vijf atomen, waaronder een zuurstofatoom. Chemici noemen zo’n ringetje een furaan. Je kunt het met glycol op dezelfde manier verwerken tot een plastic: er ontstaat alleen geen PET, maar PEF, PolyEthyleenFuranoaat.

Gert-Jan Gruter, hoofd van de technologieafdeling van Avantium legt uit: “Al sinds de jaren vijftig hebben grote chemische bedrijven als Celanese en DuPont geprobeerd dit molecuul te maken, maar in de benodigde zure oplossing is een voorloper ervan instabiel.” Avantium ontdekte hoe het wel moet: niet in water maar in methanol, en met de juiste katalysator. Zo ontstaat een serie verbindingen die niet alleen de basis vormen van allerlei verschillende plastics, maar ook verwerkt kunnen worden tot autobrandstoffen. De brandstofmarkt is op korte termijn echter minder interessant, omdat de marges kleiner zijn. Vandaar dat Avantium zich vooral richt op bioplastics.

Een jaar op de plank

Het proces om PEF te maken is sinds 2005 in het laboratorium uitgebreid bestudeerd en de ontdekkingen zijn met octrooien beschermd. Daarom is Avantium nu klaar voor de volgende stap. Op een chemisch bedrijfsterrein in Geleen zal de komende jaren een kleine PEF-fabriek worden neergezet, die uiteindelijk een paar honderd ton per jaar zal produceren. In die fabriek, waarvoor investeerders dertig miljoen euro op tafel legden, zal de hele keten van suikers naar plastics op een grotere schaal worden uitgevoerd. Dat is belangrijk om straks precies te weten hoe het ‘in het echt’ moet, in een fabriek waarmee je economisch kunt concurreren, op een nog grotere schaal van bijvoorbeeld een half miljoen ton per jaar. Tom van Aken, CEO van Avantium: “Het is voor ons belangrijk om voldoende materiaal te hebben, met verschillende eigenschappen om allerlei tests mee te kunnen doen, die nodig zijn voor het de markt op mag. Zijn de flessen sterk genoeg, geven ze geen schadelijke componenten af enzovoort. We onderzoeken hoe we de helderheid van het PEF verder kunnen verbeteren, aanvankelijk was het nog wat gelig. En hoewel het blazen van een fles op de standaardmachines kan, vraagt de productie van PEF-flessen toch om net iets andere procescondities. Ook dat zijn we aan het uitzoeken.”

Het belangrijkste is dat de flessen een jaar op de plank kunnen liggen zonder dat het product zijn gewenste eigenschappen verliest. Vruchtensappen kunnen bijvoorbeeld nog niet in PET-flessen, omdat die te veel zuurstof doorlaten. En bierflessen maken van PET kan ook niet, omdat bier in de fles wordt gepasteuriseerd. Bij de temperatuur en druk die hiervoor nodig zijn wordt een PET fles bijna de helft groter. Gruter: “In dit opzicht biedt PEF voordelen, omdat het veel minder temperatuurgevoelig is. Bovendien houdt het de CO2 die in bier en frisdranken voor de prik zorgt beter binnen. Je zou flessen dus dunner kunnen maken.”

Toch kun je je afvragen wat het uitmaakt waar een fles van gemaakt is, als het materiaal toch gerecycled wordt? Van Aken: “Elke PET-fles bestaat maar voor 25 procent uit hergebruikt PET. De rest van de teruggebrachte flessen wordt verwerkt in textielproducten en tapijten. Het is duidelijk waar iedereen uiteindelijk naar toe wil: 100 procent bioplastics en 100 procent recycling.” Maar zover is het nog lang niet. Eerst maar eens die colaoorlog zien te winnen.