Onderzoekers van Wageningen University & Research en Utrecht University hebben een methode ontwikkeld om met elektriciteit een veelzijdige chemische bouwsteen te maken uit plantenresten. De aanpak vermijdt giftig vloeibaar broom en gebruikt een eenvoudigere reactor. De resultaten zijn gepubliceerd in ChemSusChem.
De chemische industrie draait voor een groot deel op fossiele grondstoffen en gevaarlijke processtappen. Een nieuwe studie van Wageningse en Utrechtse chemici laat zien hoe dat anders kan: met landbouwafval als grondstof en stroom als aandrijving.
Het gaat om de productie van 2(5H)-furanon, een stof die als tussenproduct dient voor plastics, medicijnen en geur- en smaakstoffen. De onderzoekers maken deze verbinding uit furfural, een vloeistof gewonnen uit suikers in plantaardige reststromen zoals stro of andere agrarische bijproducten.
Broom zonder opslag
Het omzetten van furfural naar furanon was al mogelijk, maar daarvoor was doorgaans vloeibaar broom nodig: een giftige, bijtende stof met zware veiligheidseisen voor opslag en transport. In de nieuwe aanpak gebruiken de onderzoekers bromidezouten, zoals natriumbromide, relatief onschadelijke verbindingen waarin broom in gebonden vorm voorkomt.
In een elektrochemische reactor wordt het zout door een elektrische stroom omgezet, waarna broom alleen ter plekke en op het moment van de reactie vrijkomt en direct verder reageert. Chemische bedrijven hoeven daardoor geen voorraden gevaarlijke stof aan te houden, wat de veiligheid van het proces aanzienlijk verbetert.
Goedkopere reactor, slimmere aanpak
Eerdere elektrochemische pogingen voor dit type reactie maakten gebruik van zogeheten gedeelde cellen: reactoren met twee compartimenten gescheiden door een membraan. Dat membraan voorkomt ongewenste interacties, maar is kostbaar, slijt snel en vraagt extra energie omdat ionen er met enige kracht doorheen geperst moeten worden.
De Wageningse aanpak werkt zonder membraan, in een zogenoemde onverdeelde cel. Goedkoper en energiezuiniger, maar met een risico: alle stoffen zitten samen in één compartiment en kunnen ongewenste bijproducten vormen. Door een kleine hoeveelheid zwavelzuur toe te voegen, wisten de onderzoekers de reactie beter te sturen en die bijproducten terug te dringen. Het energieverbruik bleef daarbij zeer beperkt.
Klein begin, grote ambitie
De resultaten zijn veelbelovend, maar de schaal is vooralsnog bescheiden: de onderzoekers produceerden slechts 0,3 milliliter furanon, voldoende om de reactie te analyseren en te optimaliseren. Volgens de onderzoekers is dit kenmerkend voor fundamenteel onderzoek: eerst de onderliggende chemie begrijpen, dan pas nadenken over opschaling en toepassing.
Of de methode ooit industrieel toepasbaar wordt, hangt af van verdere optimalisatie en kostenvergelijkingen met bestaande routes. De onderzoekers zijn optimistisch. De combinatie van hernieuwbare elektriciteit en plantaardige grondstoffen sluit goed aan bij de groeiende interesse in biobased chemie. De milde reactieomstandigheden en de mogelijkheid van lokale productie maken de aanpak volgens de betrokkenen relevant voor de toekomst van de Europese chemische industrie.
Bron: Wageningen University & Research
Photo by Imagine Buddy on Unsplash
