Het was een langgekoesterde wens van chemici. Is een bacterie in staat om bouwstenen voor kunststoffen te maken rechtstreeks uit alkanen zonder veel energie te verbruiken? Onderzoeker Youri van Nuland ontdekte in een studie aan Wageningen University & Research dat dit met een met speciale enzymen uitgeruste E. coli bacterie mogelijk is.

Om kunststoffen te maken moeten de bouwstenen aan elkaar gekoppeld worden. Elke bouwsteen heeft voor de koppeling aan de uiteinden twee speciale chemische groepen nodig, vergelijkbaar met haakjes of oogjes. Belangrijke bouwstenen zijn de zogenaamde alkaandiolen. Dat zijn alkanen, zoals propaan of butaan, met twee alcoholgroepen (‘haakjes’) aan de uiteinden. Ze kunnen gebruikt worden voor de productie van polyesters, polyurethanen, polyamides en andere kunststoffen.

De alkaandiol-bouwstenen die nu op de markt zijn, worden vaak gemaakt uit de complexere grondstoffen acetyleen of benzeen, via een aantal energie-intensieve stappen waarbij grote hoeveelheden van de broeikasgassen kooldioxide en lachgas vrijkomen. Per kilogram product is de emissie zes kilogram CO2.

Chemisch verlanglijstje

Het was dus zeer wenselijk om deze alkaandiol-bouwstenen rechtstreeks uit de eenvoudige en ruim voorradige alkanen te maken. Dit is mogelijk door beide uiteinden van deze moleculen te voorzien van een alcoholgroep, een ‘haakje’. Deze omzetting kost weinig energie en levert geringe hoeveelheden broeikasgassen op. Het realiseren van deze omzetting staat daarom sinds het begin van de petrochemie hoog op het verlanglijstje.

Toch was het niet eenvoudig om deze directe route voor de synthese van bouwblokken voor de kunststoffabricage te realiseren.

Doorbraak

Maar Youri van Nuland, promovendus bij de Wageningse groep Bioprocess Engineering, is er nu in geslaagd om met het AlkB-enzym toch de gewenste omzetting van alkanen tot alkaandiolen te realiseren. Hij rustte via genetische modificatie een bacteriestam van E. coli uit met de enzymen AlkB en alcohol acetyltransferase (Atf1). Hierdoor bleek AlkB wel in staat te zijn beide einden van het alkaan te voorzien van een alcoholgroep. De gevormde esters van een alkaandiol zijn vervolgens gemakkelijk en zonder veel energieverbruik om te zetten naar het gewenste alkaandiol.

Youri van Nuland toonde deze omzetting op laboratoriumschaal aan met alkanen variërend van butaan tot decaan. Verdere optimalisatie en schaalvergroting is nodig om er een industrieel proces van te maken. Op de vinding is een patent aangevraagd.

Bio-based plastics zijn net zo goed mechanisch te recyclen als conventionele plastics. En biologisch afbreekbare plastics zijn geen oplossing voor de plasticsoep in de oceanen. Dat blijkt uit het rapport ‘Bio-based and biodegradable plastics – Facts and Figures’, dat deze week werd uitgebracht door Wageningen Food & Biobased Research. Het rapport inventariseert wetenschappelijke kennis over biobased en biologisch afbreekbare plastics, en focust daarbij op plastics die gebruikt worden in de verpakkingsindustrie.

Over biologisch afbreekbare en bio-based plastics bestaan tal van soms hardnekkige misverstanden. Dat maakt een keuze om over te stappen naar het gebruik van deze materialen lastig voor bedrijven. Wageningen Food & Biobased Research inventariseerde daarom in opdracht van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) wat er op basis van wetenschappelijk onderzoek wel of niet kan worden beweerd over deze plastics. Christiaan Bolck, programma manager materials bij Wageningen Food & Biobased Research: “Bedrijven en belangengroeperingen beweren van alles. Dit rapport is bedoeld voor wie echt wil weten hoe het zit. Dat is vaak wel een genuanceerd verhaal.”

Bioplastic als term

Deels komt de onduidelijkheid door terminologie. Alleen de term “bioplastic” al. Deze wordt gebruikt voor plastics die gemaakt zijn uit veelal plantaardige biomassa, maar wordt ook gebruikt voor plastics die biologisch afbreekbaar zijn. Het gaat hier echter om twee totaal verschillende kenmerken. In het rapport wordt daarom een duidelijk onderscheid gemaakt tussen deze kenmerken.

Onduidelijkheid rond bio-based en biologisch afbreekbare plastics komt deels ook door kort door de bocht uitspraken waarbij de nuance ontbreekt. Zo klopt de uitspraak “alle plastics zijn slecht voor het milieu” niet maar is het ook niet waar dat “alle bioplastics groen en goed voor het milieu” zijn. Dit zijn echter wel beweringen van zowel bedrijven als milieu-actiegroepen die we terug horen uit de markt en deze beweringen gaan hun eigen leven leiden. Zo wordt van bio-based plastics nog weleens beweerd dat het netto CO2-gebruik nauwelijks verschilt van fossiele plastics omdat wat ze besparen aan aardolie tijdens het productieproces extra aan energie gebruiken. Bolck: “In dit rapport laten we zien dat voor de productie van veel bio-based plastics daadwerkelijk netto minder broeikasgassen vrijkomen dan reguliere plastics.”

Plastic afval

Het rapport draagt bovendien feiten aan die relevant zijn voor actuele discussies over plastic verpakkingsafval. Zo is aangetoond dat de meeste bio-based en biologisch afbreekbare plastics die nu in de handel zijn net zo goed mechanisch te recyclen zijn als gewone plastics, maar ook dat biologisch afbreekbare plastics geen alles omvattende oplossing zijn voor de milieuproblemen van zwerfafval.  Of en met name hoe snel een biologisch afbreekbaar plastic door micro-organismen afgebroken wordt, hangt namelijk in hoge mate af van het milieu waarin ze terecht komen. Bolck: “Zo bestaan er biologisch afbreekbare plastics die binnen enkele maanden volledig afbreken in zee, maar zeevogels kunnen nog steeds stikken in een biologisch afbreekbare plastic zak.”

Download hier het rapport.