Aromaten uit biobased grondstoffen met Diels-Alder skid

    2017-12-22

    In een van de hallen van Plant One staat een proefopstelling die de 'Continuous Flow Diels-Alder skid' wordt genoemd. Dit is een van de units in de productieketen van biobased grondstoffen (zoals plantaardig materiaal) tot bio-aromaten. TNO heeft de techniek uitvoerig getest in het laboratorium. Leon Geers, onderzoeker bij TNO, legt uit dat de ingebruikname van deze pilotplant een belangrijke stap is voor het Biorizon-project BIO-HArT.

    Het doel van Biorizon is om in 2025 de beschikking te hebben over een commerciële productiefaciliteit voor bio-aromaten in Bergen op Zoom. Als voorbereiding daarop worden de deelstappen van de productieketen op pilotschaal ontwikkeld. Op dit moment zijn de faciliteiten in Bergen op Zoom echter nog niet gereed om de pilot-installaties te ontvangen. 'TNO is een onderzoeksinstituut. We testen processen op kleine schaal en dit is prima uitvoerbaar in ons lab in Delft. Maar opschalen, waarbij we uiteindelijk productie willen draaien waar onze industriële partners ook echt producten van kunnen maken, dat kan hier niet. Gelukkig konden we daarom voorlopig bij Plant One in Rotterdam terecht. Daar hebben ze ons erg goed geholpen met onder andere de inrichting van een productieruimte, een goede infrastructuur en de benodigde veiligheidsmaatregelen. Op het moment dat de werkzaamheden daarvoor gereed zijn, kan het echte experimentele werk beginnen. Hier willen we begin 2018 mee starten.'

    Aromaten
    Binnen het project Biorizon ontwikkelen TNO, ECN en VITO onder andere technologieën voor de productie van furanen uit biologisch materiaal (waaronder afval) als grondstof voor aromaten. Geers legt uit: 'Biorizon richt zich op het bereiden van aromaten uit biobased grondstoffen. Denk daarbij aan bermgras, bladafval, houtsnippers en andere soortgelijke materialen. Veel wordt momenteel verbrand, dus het is zeer interessant om uit te zoeken of we hier bruikbare chemicaliën uit kunnen halen waar bedrijven weer producten van kunnen maken.' In het project BIO-HArT draait alles om het opschalen van de conversie van furanen naar aromaten. Aromaten zijn voor diverse toepassingen te gebruiken. 'Wij focussen met name op gefunctionaliseerde aromaten, dat zijn chemische verbindingen die kunnen reageren tot producten met specifieke eigenschappen. We richten ons op het verkrijgen van monomeren en basismateriaal voor polymeren. Onze toepassingen zijn onder andere coatings, smeermiddelen en schuimen, bijvoorbeeld het schuim van matrassen en het isolatiemateriaal in koelkastdeuren.'

    Diels-Alder reactie
    Een manier om aromaten te maken van furanen is via een Diels-Alder rectie. 'In de biobased grondstoffen zitten zetmeelachtige verbindingen. Die kun je met sterke zuren hydroliseren tot enkelvoudige suikers die vervolgens in furanen worden omgezet.'
    Deze reactie draait om een koppeling tussen een furan (dieen) en maleïnezuur anhydride (diënofiel). Hiermee wordt een verbinding gerealiseerdd die in een volgende stap wordt geconverteerd in een aromatische verbinding. 'Maar dit gebeurt in een andere installatie dan de pilot-faciliteit van BIO-HArT', vertelt Geers.
    In het lab is uitgezocht hoe deze furanen moeten worden gemaakt en welke reacties tot de gewenste aromaten leiden. 'Welke beginstof is nodig en wat zijn de procescondities? Temperatuur, verblijftijd in de reactor en de aanwezigheid van katalysatoren kunnen allemaal van invloed zijn op de kwaliteit en de opbrengst van het product.' Dit was de labfase van de procesontwikkeling.
    Daarnaast is onderzocht hoe het proces zich liet vertalen van het lab naar processen op industriële schaal, dus naar geroerde vaten, buizen en pompen. Dat betekent continu schakelen tussen experimenten in glaswerk en in proces-apparatuur. De industrie wil immers aan de slag met grotere samples biobased materiaal. 'Van de hoeveelheid die we nu produceren, kan nog geen eindproduct zoals een matras worden gemaakt en dat is wel nodig om een goede vergelijking te maken met de huidige olie-gebaseerde producten. Opschalen is dus essentieel.' Door meerdere procesroutes te verkennen van beginstof tot product, is het mogelijk de meest gunstige route te selecteren, met name in technisch en economisch opzicht. 'Om die meest gunstige route te vinden, die dus ook opschaalbaar moet zijn, moeten in het lab meerdere routes worden uitgewerkt. Je moet daarom niet op één paard wedden.'



    Stap voor stap
    Geers erkent dat het absoluut een feestelijk moment was toen werd vastgesteld dat de techniek opschaalbaar is. 'We ontdekten dat de Diels-Adler reactie goed werkte en ook echt opschaalbaar was. Dat was wel een mijlpaal. Maar we hebben al meerdere successen kunnen vieren. We zijn ook heel blij dat diverse partijen en bedrijven zijn aangehaakt en zich willen inzetten om hun eigen producten en processen biobased te maken met de technologie die ze met ons in Biorizon ontwikkelen.'
    Het proces in het pilot-skid van BIOHArT zal straks worden gekoppeld met de processen in de andere pilots die nog worden ontwikkeld om uiteindelijk van biobased grondstoffen naar aromaten te komen. Dit zal de laatste stap zijn voor de ontwikkeling van de commerciële faciliteit. 'Het idee is dat we straks met andere diënen en andere diënofielen, andere verbindingen kunnen maken. Dat is ook een aspect van deze pilot. We willen de flexibiliteit onderzoeken voor de ontwikkeling van een breed scala aan biobased aromaten.' Dat betekent dat er nog heel wat onderzoek moet worden gedaan met de huidige pilotinstallatie. 'Het kan zijn dat we terug moeten naar het lab omdat tijdens het testen blijkt dat het proces dat we hebben uitgewerkt, niet blijkt te werken op grotere schaal.'

    Puzzel
    Als je uit biobased materiaal grondstoffen wilt halen, dan zit je wel vast aan de typen verbindingen die door deze grondstoffen worden geleverd. En dat is volgens Geers best een lastige puzzel: 'Je bent afhankelijk van wat je aangeboden krijgt als ruw materiaal. Je hebt niet altijd de keus uit je bronnen en ook de kwaliteit kan verschillen. Daar willen we op voorbereid zijn en onze pilotinstallatie moet het ook aan kunnen.'
    Onderdeel van diezelfde puzzel zijn de diverse belangen van participanten en ook de (on)mogelijkheden die de technologie en de chemie ons bieden. 'Toch passen de puzzelstukjes ineen en hebben we nu een aantal processen die draaien. Dat is erg mooi om te zien.'


    Petrochem 12-2017