Accumulation of non-degradable plastic waste in the environment might be prevented by the use of biodegradable polyhydroxyalkanoate (PHA). In this study, the thermophile Schlegelella thermodepolymerans produced up to 80 wt% PHA based on dry cell mass. The largest PHA granules were found in the cells within 48 h using 20 g/L xylose, a C/N ratio of 100, an initial pH of 7, at 50 °C. The substrate consumption, pH changes, and cell growth were monitored, revealing the time dependency of PHA production in S. thermodepolymerans. The metabolic pathways from xylose to PHA were identified based on proteomic analysis, revealing involvement of classic phaCAB, de novo fatty acid biosynthesis, and fatty acid β-oxidation. In addition, it was shown that S. thermodepolymerans degraded extracellular PHA with a high efficiency at 50 °C.
DOCUMENT
Biopolymeren vormen een potentieel interessant alternatief voor conventioneel op olie gebaseerde polymeren, omdat zij geen fossiele grondstoffen gebruiken voor de productie. Daarentegen is het productie procedé afhankelijk van energie en toevoegmiddelen die weer bijdragen aan het verbruik van energie en de emissie van onder andere broeikasgassen en zijn degrondstoffen van belang, zoals het gebruik van reststromen uit de afvalverwerking of andere biomaterialen. Binnen het project Circulaire Biopolymeren Waardeketens zijn meerdere productiemethoden bestudeerd om polyhydroxyalkanoaten (PHAs) te maken uit organische reststromen: GFT en afvalwaterslib, een bijproduct uit de afvalwaterzuivering. Productie enextractie van PHAs kan middels diverse routes. In het project zijn meerdere extractieroutes bestudeerd betreffende hun mogelijkheden. Als onderdeel van het project is een levenscyclusanalyse (LCA) gedaan om de milieu-impact van de productie van de biopolymeren in kaart te brengen. Deze is hier beschreven. De milieu-impact van PHA productie via twee extractieroutes werd vergeleken met conventionele polymeren zoals polyethyleen (PE) en polyethyleentereftalaat (PET). De extractieroutes waren: NaOCl, water-based en Chloroform, solvent-based extractie. De milieu-impact werd berekend op basis van de productie van 1 kgpolymeer. Het systeem includeerde de veranderingen in het conventionele management van GFT en afvalwaterslib, o.a. substitutie van energie doordat de reststromen nu gebruikt werden voor PHA productie en niet voor energieproductie. Op basis van een modelstudie van de UniversiteitGroningen is een massabalans opgemaakt en zijn gegevens gebruikt voor energieverbruik te bepalen en de hoeveelheid toevoegmiddelen die nodig waren tijdens de extractie. Op basis van literatuur zijn aannames gedaan zoals calorische waarden voor verbranding en het energieverbruik voor ontwateren, drogen en vergisting. De Ecoinvent database werd gebruikt voor achtergrond gegevens ten behoeve van de energieproductie en achtergrondprocessen. De volgende milieu-impacts werden berekend: broeikasgassen, verzuring, eutrofiëring, landgebruik, fijnstofemissie en fossiel energieverbruik. Een gevoeligheidsanalyse gaf inzicht in de verandering van parameters op het eindresultaat. De resultaten lieten zien dat watergebaseerde extractie leidde tot emissie van 5,95 kg CO2-eq per kg PHA en chloroformextractie tot 47 kg CO2-eq per kg PHA. Verschillen zaten met name in het energieverbruik tijdens het proces en de productie van de toevoegmiddelen. Verzuring was lager voor chloroformextractie met -0,015 kg SO2-eq ten opzichte van watergebaseerde extractie, namelijk 0,013 kg SO2-eq per kg PHA. Energieverbruik was 90,7 MJ voor watergebaseerde extractie en 772 MJ per kg PHA voor chloroformextractie. Landgebruik was lager voor chloroformextractie met -4,7 m2 per kg PHA en 0,43 m2 per kg PHA voor watergebaseerde extractie. Eveneens was fijnstofemissie lager voor chlorformextractie en marine eutrofiëring lager for watergebaseerde extractie. Chloroformextractie had hogere impact in broeikasgassen, energieverbruik en eutrofiëring vergeleken met PET en PE. Watergebaseerde extractie had hogere impact in broeikasgassen, energieverbruik, fijnstofemissie en eutrofiëring, maar werd vergelijkbaar of lager ten opzichte van conventionele polymeren wanneer een lager energieverbruik werd aangenomen. Onderzoek naar het exacte energieverbruik is daarom nodig. Geconcludeerd werd dat verdere verlaging van de milieu-impact kan worden bereikt door het verminderen van het gebruik van toevoegmiddelen en het gebruiken van groene energie zoals wind en zon. Voor vervolgonderzoek is het van belang om data te verifiëren en eventueel andere extractieroutes te onderzoeken
DOCUMENT
Biopolymeren vormen een potentieel interessant alternatief voor conventioneel op olie gebaseerde polymeren, omdat zij geen fossiele grondstoffen gebruiken voor de productie. Daarentegen is het productie procedé afhankelijk van energie en toevoegmiddelen die weer bijdragen aan het verbruik van energie en de emissie van onder andere broeikasgassen en zijn de grondstoffen van belang, zoals het gebruik van reststromen uit de afvalverwerking of andere biomaterialen. Binnen het project Circulaire Biopolymeren Waardeketens zijn meerdere productiemethoden bestudeerd om polyhydroxyalkanoaten (PHAs) te maken uit organische reststromen: GFT en afvalwaterslib, een bijproduct uit de afvalwaterzuivering. Productie en extractie van PHAs kan middels diverse routes. In het project zijn meerdere extractieroutes bestudeerd betreffende hun mogelijkheden. Als onderdeel van het project is een levenscyclusanalyse (LCA) gedaan om de milieu-impact van de productie van de biopolymeren in kaart te brengen.
DOCUMENT
Artikel in Agro & Chemie over de productie van exogene ketonen in het projecten Circulaire Biopolymeren Waardeketens voor PHA en Cellulose.
DOCUMENT
Positioning paper bij de inauguratie van Vincent Voet als lector Circular Plastics.
DOCUMENT
![People. Planet. Polymer: een Wereld te Winnen [Inaugurele rede]](https://publinova-harvester-content-prod.s3.amazonaws.com/thumbnails/files/previews/pdf/20250506132442742072.Positioning20Paper20Vincent20Voet202024-thumbnail-400x300.png)
Afvalwater of andere reststromen worden steeds meer gezien als bronnen van waardevolle stoffen die gebruikt kunnen worden voor allerlei applicaties. Eén van de mogelijkheden is de productie van het bioplastic polyhydroxyalkanoaat (PHA) op reststromen, die rijk zijn aan vluchtige vetzuren of koolhydraten. Daarvoor worden bacteriën gebruikt, die in staat zijn om deze stoffen om te zetten in PHA. Dit proces heeft twee voordelen. Het afvalwater wordt door de bacteriën gezuiverd en het afvalwater kan gebruikt worden als gratis bron voor de productie van een biodegradeerbaar bioplastic. Waterschap Brabantse Delta wil in samenwerking met Avans de mogelijkheden van het gebruik van veelbelovende reststromen van Van der Kroon Food Products B.V. en Lonka B.V. voor de productie van PHA verkennen, omdat de reststromen van deze bedrijven respectievelijk vluchtige vetzuren en koolhydraten bevatten. Op lab-schaal worden in bioreactoren de procescondities onderzocht, die invloed hebben op de kwaliteit van het geproduceerde bioplastic. Verder wordt onderzocht wat de invloed is van het type reststroom op de PHA-productie. De uitkomsten van het onderzoek dragen bij aan een opwaardering van ogenschijnlijk waardeloze reststromen tot een waardevol product. Het bioplastic PHA zou bijvoorbeeld toegepast kunnen worden als verpakkingsmiddel. Daarmee zal deze samenwerking leiden tot een verdere stap in de circulaire economie, waarbij ondernemers in samenwerking met onderzoekers mogelijkheden voor de sluiting van kringlopen als een kans zien voor de ontwikkeling van innovatieve producten of technologieën.
Verduurzaming van de chemische en landbouwsector is essentieel om klimaat- en circulaire doelstellingen te halen. Eén van de mogelijkheden om de chemische sector te vergroenen is om hernieuwbare grondstoffen als ‘feedstock’ voor productie te gebruiken. Biopolymeren die gemaakt worden uit hernieuwbare grondstoffen zijn een interessant groen alternatief voor fossiele plastics. Een veelbelovende groep ‘biobased plastics’ zijn polyhydroxyalkanoaten (PHA). PHAs worden door micro-organismen geproduceerd en kunnen verschillende samenstellingen hebben die de eigenschappen van dit materiaal beïnvloeden. Hierdoor zijn PHA's, blends van PHA en andere biobased materialen voor vele toepassingen geschikt te maken en derhalve een serieuze uitdager van fossiele plastics. Zodra deze biobased producten aan het einde van hun gebruikersfase komen, of als single-use materiaal in bijvoorbeeld de agrarische sector worden toegepast, is het belangrijk naast de mogelijkheden voor hergebruik en recycling inzicht te hebben in de snelheid en volledigheid van de biologische afbraak. In het voorgestelde KIEM-onderzoek wordt biologische afbraak middels industriële en kleinschalige compostering en in natuurlijke milieus bepaald. Onder verschillende omstandigheden, zoals in mariene, estuariene en zoetwatermilieus, en in verschillende bodemtypen zoals zand, klei en veenbodems wordt vastgesteld of effectieve afbraak plaatsvindt. Afbraak tot bouwstenen voor nieuwe polymeren of volledige mineralisatie, de snelheid daarvan en of mogelijk sprake is van vorming van microplastics wordt onderzocht. Stimuleren van biologische afbraak door bio-augmentatie wordt eveneens onderzocht. Een succesvol project draagt bij aan het verbeteren van de business case van zowel producenten van biobased polymeren (Paques Biomaterials) als van de maakindustrie die producten maken van deze groene ‘plastics’ (Maan Biobased Products; Happy Cups). Het projectresultaat geeft aanwijzingen over de impact die het onvermijdelijke PHA--zwerfafval zal hebben op het milieu en hoe deze impact zich verhoudt tot die van fossiel-gebaseerd zwerfplastic. Daarnaast vormt dit project ook de basis voor een nieuwe business case voor gecontroleerde end-of-life verwerkingsmethodieken.
Het Lectorenplatform Biobased Economy heeft in de afgelopen twee jaar gewerkt aan een onderzoeksagenda in vier hoofdstukken: ingrediënten/inhoudstoffen, materialen, energie/nutriënten en maatschappij. Op basis van deze agenda zijn verschillende samenwerkingen geïnitieerd en gerealiseerd, zoals GoChem, enkele NWA projecten, de Learning Community Biofuels en de samenwerking met het Lectorenplatform Circulaire Economie op maatschappelijke thema’s. Er is dus al veel gerealiseerd in samenwerking en programmering. Niettemin staan er, terugkijkend, nog enkele ambities uit de eerste twee jaar overeind: het toetsen van de thema’s in meetings met bedrijven; het ontwikkelen van (meer) gezamenlijke onderzoeksprojecten; het ontwikkelen en bestendigen van een meerjarig omvattend (NWO-achtig) programma. Voor dit laatste is GoChem een goede start, maar het zou de komende twee jaar verder moeten groeien, bijvoorbeeld in een biobased SPRONG programma. Daarnaast blijven we werken aan de herkenbaarheid en vindbaarheid van het biobased onderzoek, de lectoraten en de agenda. We breiden de ambities uit naar publieke bekendheid van biobased economy in het algemeen. Verder willen we de mogelijkheid van een eigen publicatiereeks onderzoeken. Nieuw voor de komende jaren is de ambitie om onderzoekskwaliteit beter meetbaar te maken. Hoe meet je kwaliteit in praktijkonderzoek: impact is een ander doel dan wetenschappelijke publicaties. In de eerste termijn van het Lectorenplatform BBE was er additioneel en geoormerkt budget voor internationale samenwerking binnen Living Lab Biobased Brazil (LLBB). Dit budget was gekoppeld aan een gecombineerde Braziliaans/Nederlandse onderzoekscall. Dat is in de komende twee jaar niet voorzien.
