Kooldioxide is een van de belangrijkste oorzaken van klimaatverandering, wat betekent dat de CO2-uitstoot in de toekomst vermindert moet worden. Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut wijzen op een mogelijke manier om deze uitstoot te verlagen: ze gebruiken het broeikasgas als grondstof, om er bijvoorbeeld plastic mee te produceren.
Broeikasgas: grondstof voor plastic
Aanleiding voor het onderzoek
De aanleiding voor dit onderzoek bestaat uit ecologische- en economische redenen. De voornaamste ecologische reden is het verminderen van de CO2-uitstoot, die vrij komt bij verbranding van fossiele brandstoffen. Het gehalte aan koolstofdioxide in de lucht is in de laatste decennia flink toegenomen en heeft een groot, nadelig impact op het klimaat. Een onderwerp waar tijdens de klimaattop in Glasgow veelvuldig over is gesproken.
De economische reden voor het onderzoek, is dat er sinds 1 januari 2021 een nieuwe wet is doorgevoerd. In deze wet staat dat productiebedrijven moeten betalen voor hun CO2-uitstoot: de CO2-heffing. Hierdoor is een groot aantal bedrijven op zoek naar nieuwe oplossingen, om zo de kosten verbonden aan emissieprijzen te verlagen.
Hoe kun je van CO2 plastic maken?
Uit het onderzoek van het Fraunhofer Instituut is gebleken dat broeikasgas als grondstof gebruikt kan worden om plastic te produceren. Hiervoor worden twee benaderingen gevolgd; allereerst door middel van heterogene chemische katalyse, waarbij de CO2 met een katalysator omgezet wordt in methanol. Ten tweede, via elektrochemie, waarmee mierenzuur uit CO2 wordt gemaakt. Het methanol en het mierenzuur kan via micro-organismen omgezet worden tot bouwstenen voor polymeren. Deze methode kan ook worden gebruikt om aminozuren te produceren, zoals voedingssupplementen of diervoeding.
De micro-organismen die momenteel gebruikt worden door het onderzoeksteam zijn zowel van inheemse methylotrofe bacteriën (bacteriën die van nature methanol metaboliseren), als van gisten die methanol niet echt kunnen metaboliseren. Deze worden ontwikkelt in een milieuvriendelijke, waterige oplossing. Momenteel wordt er ook gekeken of er ook andere interessante micro-organismen zijn, die ingezet kunnen worden.
Metabolic engineering
Het proces waarbij via micro-organismen producten worden gemaakt, wordt metabolic engineering genoemd. Dit betekent dat het het metabolisme van de organismen wordt gebruikt om de productie van de producten te controleren. Om dit voor elkaar te krijgen, worden er genen in de microben geïntroduceerd, die de blauwdruk vormen voor bepaalde enzymen.
De enzymen die vervolgens in het micro-organisme worden geproduceerd, katalyseren op hun beurt de productie van een specifiek product. Daartegenover schakelen de onderzoekers juist genen uit, die deze aanmaak negatief zouden kunnen beïnvloeden. Door de genen te variëren die geïntroduceerd worden, kan er een breed scala aan producten gemaakt worden.
Voordelen van metabolic engineering
De nieuwe aanpak voor plasticproductie biedt verschillende soorten voordelen. We zetten ze voor je op een rij:
- Er kunnen geheel nieuwe producten gemaakt worden;
- Conventionele chemische processen maken plaats voor energiezuinige omstandigheden;
- De CO2-voetafdruk van traditionele producten wordt verbeterd;
- De druk van de CO2-heffing neemt voor organisaties af;
- De kans om het klimaatdoel te halen neemt toe.
Met bovenstaande voordelen verwachten de onderzoekers impact te kunnen maken op de industriële markt en op het klimaat.
De huidige ontwikkelingen en toekomstperspectief
Het onderzoeksteam werkt aan de hele productieketen: van micro-organismen, gevolgd door de genmodificaties en tot slot, de opschaling van de productie. Sommige productieprocessen in de keten bevinden zich nog in het laboratorium, terwijl andere producten al geproduceerd worden in bioreactoren. Wat de industriële toepassing van dergelijke processen betreft, voorziet de implementatie ervan op middellange tot lange termijn. Tien jaar wordt gezien als een realistisch vooruitzicht.