Thermoset-harsen vormen een groep polymeren die op veel plekken wordt toegepast, zoals in lijmen, schuimen en coatings. Traditioneel worden ze gemaakt uit aardolie en aardgas. Ze zijn giftig en schadelijk voor het milieu. De productie ervan kost veel energie en veroorzaakt een flinke CO2-uitstoot. Als afval zijn deze stoffen niet of lastig afbreekbaar. Biogebaseerde thermoset-harsen hebben deze bezwaren niet en worden gemaakt uit plantaardige reststromen. Ze zijn voldoende beschikbaar; nu nog de hele waardeketen daarop aanpassen.
Wridzer Bakker, ceo en mede-eigenaar van Plantics BV, zit bij een presentatie tijdens de Rotterdam Processing Week op een barkruk van hennepvezelcomposiet. De hennepvezels zijn samen met een biogebaseerde hars (lijm) van zijn bedrijf in een comfortabele vorm geperst. Bakker houdt een dienblad omhoog dat ook van dit materiaal is gemaakt. Daarna toont hij een tweede, iets donkerder dienblad dat is gemaakt van gerecycled composietmateriaal. Daarvoor is zo’n barkruk eerst teruggebracht tot hennepvezels en geheractiveerde hars. Vervolgens is daar een dienblad van geperst. Dit had ook plaatmateriaal kunnen worden voor een keukenkastje, een verkeersbord of een andere toepassing. De biohars kan dus veel traditionele, fossiele harsen vervangen die nu als lijm worden toegepast in houtpanelen.
De adoptie van dergelijke biogebaseerde producten komt nu voorzichtig op gang. Van de barkrukken en stoelen die door meubelfabriek VEPA worden gemaakt, zijn er inmiddels al duizenden verkocht. Bakker werkt ook samen met de grootste verkeersbordenfabrikant in Nederland die het hennepcomposietmateriaal gebruikt als vervanging van aluminium borden, waarvan er elk jaar 300.000 worden vervangen. Dat kan omdat de bioharsen van Plantics het hennepmateriaal bestendig tegen weersinvloeden maken. Bakker is daarnaast ook met verschillende producenten van houtpanelen bezig om een volledig circulair productiesysteem op te zetten.
Focus op biopolyesters
De aanpak van Plantics is maar een van de voorbeelden uit het portfolio van het Nationaal Groeifondsprogramma BioBased Circular NL. Het doel is om onafhankelijker te worden van fossiele grondstoffen door duurzame, biogebaseerde en circulaire materialen te ontwikkelen. De organisatie richt zich vooral op de opschaling van het gebruik van circulaire biopolyesters. Naast de thermoset-polyesterharsen van Plantics gaat het bijvoorbeeld om thermoplastische biopolyesters als alternatief voor PET in voedselverpakkingen. Ook zijn er biogebaseerde plastics voor verpakkingen, zaadcoatings, plantpotjes en voor bekers en bakjes die bijvoorbeeld op festivallocaties maar één keer worden gebruikt, vertelt Edwin Hamoen, directeur van BioBased Circular NL. “Wij zijn geen onderzoeksgroeifonds. Er gebeurt wel een hoop technologisch onderzoek, maar we zijn er vooral om in die opschalingsfase te helpen, bijvoorbeeld bij de financiering van demonstratiefaciliteiten en het vormen van waardeketens.” Veel van die producten zijn bijna marktklaar maar worden nog niet op grote schaal toegepast. “Het belangrijkste is eigenlijk dat bedrijven, en in tweede instantie consumenten, de meerwaarde inzien van op biopolyesters gebaseerde materialen en beseffen dat dit de toekomst is. We willen ze laten nadenken over de vraag in welke toepassingen je deze materialen kunt gebruiken. In veel gevallen gebeurt dat niet vanzelf.”
Door de relatief geringe volumes waarin de biogebaseerde materialen nu worden geproduceerd, missen ze nog de schaalvoordelen van de fossiele varianten. Ook is de regelgeving regelmatig een obstakel, geeft Hamoen aan. Bijvoorbeeld bij drainagesystemen is het verplicht om ‘klassiek’ PVC te gebruiken, omdat dit in de certificering staat. “Bij bouwprojecten liggen die buizen er twee jaar om de grond bouwrijp te maken. Na die tijd hebben ze geen functie meer maar blijven wel liggen en vallen dan heel langzaam uiteen. Daarbij ontstaan microplastics die een groot milieuprobleem vormen. Biopolyesterdrainagebuizen daarentegen zijn uiteindelijk volledig afbreekbaar, waardoor er geen restmateriaal en microplastics ophopen in de natuur. Realiseer je dat er per jaar 20.000 km ‘tijdelijke’ drainagebuizen worden gelegd en je snapt de impact van onze aanpak.”
Realiseer je dat er per jaar 20.000 km ‘tijdelijke’ drainagebuizen worden gelegd en je snapt de impact van onze aanpak.”
Hamoen geeft aan dat de overheid een cruciale rol speelt in de adoptie van dit type milieuvriendelijke materialen, bijvoorbeeld door de normen en de certificering aan te passen. Verder kan de overheid projectontwikkelaars verplichten om de niet-afbreekbare buizen na de drainage van bouwgrond te verwijderen. “Er is nu geen enkele prikkel voor de bouwondernemingen om bioafbreekbaar materiaal te gebruiken, want dat is nu nog iets duurder ook. Als de verwijderingskosten echter worden meegenomen, is het juist veel goedkoper.”
Chemische industrie krijgt nieuwe kans
De inzet op duurzame innovatie kan ook bijdragen aan het behoud van de Nederlandse chemische industrie, geeft Hamoen aan. Die verkeert in moeilijke tijden vanwege de import van goedkope plastics en het oplopen van de energiekosten. “Dus moet je zorgen dat je weer voorop gaat lopen. En hoe doe je dat in de chemie? Door te verduurzamen! Nederland heeft een geweldige uitgangspositie met de kennis rond chemie, logistiek en landbouw. Die verduurzaming kun je op een heleboel manieren doen, maar vergroening van de industrie en de inzet van biomassa daarbij is volgens ons wel de richting. We worden daarin gesteund door recente visierapporten van de EU en de ministeries I&W en EZK.”
Een veelgehoord argument tegen het grootschalige gebruik van biogebaseerde grondstoffen als alternatief voor fossiele materialen, is dat er onvoldoende landbouwareaal beschikbaar zou zijn voor deze transitie in de industrie. In het geval van de bioharsen van Plantics is dat niet aan de orde omdat ze gemaakt worden uit reststromen die de industrie toch al heeft. Voor de hennepproductie kan er gebruik worden gemaakt van de ruimte die vrijkomt door efficiëntere teeltmethoden en een krimpende veestapel. Misschien gebeurt dat relatief weinig in Nederland, maar HempFlax, een leverancier van hennepgrondstoffen waar Plantics nauw mee samenwerkt, helpt bijvoorbeeld boeren in Roemenië bij de teelt en het oogsten van industriële hennep. In dergelijke dunbevolkte landen is veel areaal beschikbaar, zeker als daar minder maïs voor veevoeder geteeld hoeft te worden.
CO2-uitstoot moet omlaag
Overschakeling op biogebaseerde bouwmaterialen zorgt zo niet alleen voor milieuvriendelijkere producten, maar helpt ook de CO2-uitstoot te verminderen. In het geval van de traditionele plaatmaterialen zit er bij het einde van de levensduur niets anders op dan ze in een verbrandingsoven te vernietigen. “Dat levert extra CO2-uitstoot op terwijl de circulaire aanpak er juist voor zorgt dat de door de planten vastgelegde CO2 in het materiaal blijft vastzitten.” Hamoen benadrukt dat CO2-reductie de belangrijkste aanleiding was om te beginnen aan het BioBased Circular-programma. Voor CO2-reductie wordt in eerste instantie vaak gekeken naar recycling. “Maar zelfs wanneer je dat echt heel goed doet, kun je met recycling in ongeveer de helft van je materiaalbehoefte voorzien. Dus als we in 2050 geen CO2-uitstoot van fossiele grondstoffen meer willen hebben, wat dan?” Dan is het dus zaak om de resterende 45 tot 50 procent te produceren uit biomassa.
Markt moet willen meebewegen
Over de kosten maken Hamoen en Bakker zich geen grote zorgen. Het gebruik van biogebaseerde materialen hoeft zeker op termijn niet veel duurder te zijn. Hamoen: “Het is belangrijk om je te realiseren dat op het moment dat de kostprijs van een biopolyester bijvoorbeeld 50 procent hoger is, het eindproduct slechts enkele procenten duurder wordt. Het grootste deel van de kosten zit namelijk in andere delen van het productieproces. Maar ja, die paar procent gaat wel af van de winstmarge, waardoor het lastig ligt in de markt. Dus om echt op te schalen heb je wel stimulering nodig.”
Veel keukens worden bijvoorbeeld geleverd voor de sociale woningbouw en leveranciers moeten die al terugnemen.”
Bakker benadrukt dat na opschaling de prijs heel competitief kan worden, zelfs als de investeringen in het retourkanaal worden meegenomen. “Je moet natuurlijk wel beginnen met de goede toepassingen. Veel keukens worden bijvoorbeeld geleverd voor de sociale woningbouw en leveranciers moeten die al terugnemen. Als je daaraan gaat rekenen, komt dat best goed uit, maar het moet wel goed worden opgezet.”
Hoe ontstaat biogebaseerd plaatmateriaal?
De hennepproducten die Wridzer Bakker, ceo en mede-eigenaar van Plantics, liet zien, zijn ontwikkeld met de hennepvezels van HempFlax, een bedrijf dat deze maakt van industriële hennepplanten. De hennepvezels, maar ook de houtvezels worden gemengd met de bioharsen van Plantics om er bijvoorbeeld meubels of plaatmateriaal van te persen. Plantics maakt de harsen uit ingrediënten afkomstig uit agrarische reststromen zoals melasse. De suiker in de melasse wordt in een fermentatieproces door schimmels omgezet in een multizuur.
Een reststroom uit de productie van zeep is een poly-alcohol (polyol) dat samen met het multizuur wordt gebruikt om de polyester bioharsen te maken. Bakker: “Het idee is in 2011 ontstaan aan de UvA waar chemisch onderzoeker Albert Albers tijdens een vrijdagmiddagproefje iets voor elkaar kreeg dat niemand voor mogelijk had gehouden.” Albers kwam vervolgens in contact met Bakker die veel ervaring heeft met het ontwikkelen van business uit nieuwe vindingen. Bakker en Albers zetten samen met een groeiend team vanaf 2018 vaart achter de ontwikkeling van deze biogebaseerde thermoset bioharsen.
Een groot voordeel is dat de harsen gewoon gemaakt kunnen worden in de fabrieken die nu dergelijke harsen uit fossiele grondstoffen maken. De producenten van plaatmateriaal moeten hun processen wel aanpassen. Zo duurt de uitharding van met name wat dikker plaatmateriaal langer dan bij traditionele harsen, wat invloed heeft op de productiecapaciteit van een fabriek.
Plantics ontwikkelde ook de procedure waarmee de biohars aan het eind van de levenscyclus van het plaatmateriaal weer ‘geheractiveerd’ kan worden. Bakker wil er niet veel meer over kwijt dan dat het een slimme combinatie is van parameters waarmee de reactie kan worden ‘teruggeduwd’ zonder er veel energie in te stoppen. “Het is niet een kwestie van de temperatuur omhoog, want het materiaal is juist bestand tegen temperaturen van boven de 200 graden.” Door de heractivering valt het plaatmateriaal uiteen in losse met hars gecoate vezels. Die kunnen opnieuw in de gewenste vorm voor verschillende producten worden geperst. Daarmee is de cirkel rond.
