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
Polymeren, waaronder plastics, kennen we allemaal uit ons dagelijks leven. Van de plastic draagtas tot computeronderdelen en kopjes. Allemaal worden deze polymeren vervaardigd uit aardolie en afgeleide producten. De producten zijn zeer nuttig en breed toepasbaar, mede door de gunstige eigenschappen zoals warmteweerbaarheid, stevigheid en waterdichtheid. Daarentegen kennen polymeren ook een keerzijde, zoals het niet of moeilijk afbreekbaar zijn in de natuurlijke omgeving en de nadelen van het gebruik van fossiele bronnen: hun eindigheid en de ongecontroleerde emissie van broeikasgassen die verband houdt met klimaatverandering. Dit is een zichtbaar probleem bij onder meer De Plasticsoep, waar geen of beperkte afbraak plaatsvindt van plastics in de oceaan. De zoektocht naar alternatieven is daarom volop aan de gang.
DOCUMENT
Melt electrowriting (MEW) enables precise scaffold fabrication for biomedical applications. With a limited number of processable materials with short and tunable degradation times, polyhydroxyalkanoates (PHAs) present an interesting option. Here, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and a blend of PHBV and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (PHBV+P34HB) are successfully melt electrowritten into scaffolds with various architectures. PHBV+P34HB exhibits greater thermal stability, making it a superior printing material compared to PHBV in MEW. The PHBV+P34HB scaffolds subjected to enzymatic degradation show tunable degradation times, governed by enzyme dilution, incubation time, and scaffold surface area. PHBV+P34HB scaffolds seeded with human dermal fibroblasts (HDFs), demonstrate enhanced cell adherence, proliferation, and spreading. The HDFs, when exposed to the enzyme solutions and enzymatic degradation residues, show good viability and proliferation rates. Additionally, HDFs grown on enzymatically pre-incubated scaffolds do not show any difference in behavior compared those grown on control scaffolds. It is concluded that PHAs, as biobased materials with enzymatically tunable degradability rates, are an important addition to the already limited set of materials available for MEW technology.
LINK
Artikel in Agro & Chemie over de productie van exogene ketonen in het projecten Circulaire Biopolymeren Waardeketens voor PHA en Cellulose.
DOCUMENT
Growth conditions have been frequently studied in optimizing polyhydroxybutyrate (PHB) production, while few studies were performed to unravel the dynamic mixed microbial consortia (MMCs) in the process. In this study, the relationship between growth conditions (C/N ratios and pH) and the corresponding key-microbes were identified and monitored during PHB accumulation. The highest PHB level (70 wt% of dry cell mass) was obtained at pH 9, C/N 40, and acetic acid 10 g/L. Linking the dominant genera with the highest point of PHB accumulation, Thauera was the most prevalent species in all MMCs of pH 9, except when a C/N ratio of 1 was applied. Notably, dominant bacteria shifted at pH 7 (C/N 10) from Thauera (0 h) to Paracoccus, and subsequently to Alcaligenes following the process of PHB accumulation and consumption. Further understanding of the relationship between the structure of the microbial community and the performance will be beneficial for regulating and obtaining high PHB accumulation within an MMC. Our study illustrates the impact of C/N ratios and pH on microbial prevalence and PHB production levels using a mixed microbial starter culture. This knowledge will broaden industrial perspectives for regulating high PHB production and timely harvesting.
LINK
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
De hoofddoelstelling is het realiseren van duurzame PHA-based binders voor microplastics-vrije verf en coatings.Een belangrijk element van de grondstoffen transitie, zoals beschreven in de Europese Green Deal, behelst dat grondstoffen in de toekomst biodegradeerbaar, biogeen en circulair moeten worden. De industrie heeft in deze transitie een leidende rol, zo ook de verfindustrie. Een belangrijk bestanddeel van verf zijn de binders, welke veelal gebaseerd zijn op grondstoffen gewonnen uit aardolie zoals styreen en vinylacetaat. Deze huidige binders zijn niet biodegradeerbaar, worden als microplastics beschouwd en op termijn uitgebannen.Dit project behelst de ontwikkeling en modificatie van medium chain length (mcl) polyhydroxyalkanoaten (PHA’s), welke een toepassing zullen krijgen als innovatieve biodegradeerbare binders t.b.v. verven en coatings. De huidige PHAs zijn te bros om als binder te kunnen dienen, en aanpassingen zijn noodzakelijk welke een secundair “vernetting” proces faciliteren. De focus van dit project zal liggen op het incorporeren van b.v. undecyleenzuur zijketens in de PHA backbone via fermentatie m.b.v. micro-organismen. , Deze PHA’s worden vervolgens onderzocht op hun eigenschappen t.b.v. de “secundaire vernetting” via vitrimeer vorming. De fysische, chemische en filmvormende eigenschappen van deze PHA’s worden in detail bestudeerd en geoptimaliseerd. Parallel zal de milieubelasting van de materialen in kaart worden gebracht middels de LCA methode.
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.
