CCU: (CO2  afvang en -hergebruik) voor hernieuwbare chemicaliën en materialen

Van probleem tot oplossing

In de komende decennia zal de CO₂-uitstoot van fossiele grondstoffen afnemen door de elektrificatie van onze samenleving en de transitie naar hernieuwbare grondstoffen als bron voor energie en materialen. Maar zelfs in een circulaire biobased toekomst zal CO₂ nog altijd een rol spelen. Bij biologische processen zoals de fermentatie van biomassa komt CO₂ vrij als bijproduct. De uitstoot van deze nieuwe CO₂-bronnen zal de komende decennia waarschijnlijk flink toenemen, bijvoorbeeld vanwege de productie van ethanol (momenteel al 80 miljoen ton per jaar) en biogas. CO₂ kan daardoor een potentieel klimaatprobleem blijven, maar we kunnen het ook gebruiken als breed toegankelijke hulpbron.

Omzetting en valorisatie van (bio)gene CO₂-bronnen

Wageningen Food and Biobased Research draagt op verschillende manieren en vanuit verschillende vakgebieden bij aan de valorisatie van CO₂. We zetten onze expertise op het gebied van synthetische biologie in om te werken aan microbiële processen om mengsels van CO₂/CO/H₂ om te zetten in allerlei verschillende alcoholen en zuren. Zo kunnen geïsoleerde enzymen bijvoorbeeld worden gebruikt om CO₂ om te zetten in mierenzuur. Voor een geslaagde verdere ontwikkeling hiervan zijn enzym-engineering om hogere concentraties te bereiken en de ontwikkeling van efficiënte en goedkope regeneratieprocessen voor cofactoren essentieel. Het door de EU gefinancierde project CATCO₂NVERS richt zich op de biokatalytische omzetting van CO₂ in melkzuur en andere chemicaliën. In het EU-project BIOCON-CO2 zijn de eerste stappen gezet naar biologische omzetting van CO₂ door fermentatie en enzymatische omzettingen naar alcoholen en organische zuren.

Onze elektrochemische benadering wordt gebruikt voor de synthese van complexere biobased producten zoals gemodificeerde koolhydraten of complexe dicarbonzuren of diolen. Zo kunnen biobased chemicaliën (verder) worden gefunctionaliseerd door er CO₂ in te verwerken. Daarnaast richten we ons op de ontwikkeling van reactoren en katalysatoren voor efficiënte productie van bulkchemicaliën, zoals waterstofperoxide uit O₂ en ethyleen uit CO₂, gebruikmakend van industriële stroomdichtheden, wat essentieel is voor een geslaagde toepassing.

De combinatie van verschillende vakgebieden levert geheel nieuwe mogelijkheden en rendabelere cascades op. Door elektrochemische en microbiële omzettingen met elkaar te combineren kunnen we bijvoorbeeld een breder scala aan chemicaliën of zelfs ingrediënten voor levensmiddelen maken. Er kan eerst een reactief tussenproduct worden gegenereerd met behulp van elektrochemie, om dit vervolgens te gebruiken als grondstof voor microbiële omzetting. Gemengde substraten, zoals een samenstelling van gassen en suikers, bieden ook unieke mogelijkheden voor microbiële omzetting.

Van grondstof tot milieuvriendelijk product

We werken in verschillende projecten succesvol samen met de industrie en stakeholders aan de valorisatie van CO₂:

• In het door de EU gefinancierde BIOCON-CO2-project ontwikkelen we technologieën om CO2-houdende gassen om te zetten in alcoholen, met behulp van Clostridia-stammen die oplosmiddelen produceren. We onderzoeken welke effecten de gassamenstelling en onzuiverheden hebben op de efficiëntie van de fermentatie. Verder werken we aan de ontwikkeling van enzymatische methoden voor de reductie van CO2 tot mierenzuur.
• Het EFA-project (Electrons to Fatty Acids) ondersteund door de Nederlandse Topsector Energie (Energie Innovatie NL), heeft als doel elektrochemische en microbiële stappen te combineren. Eerst produceren we met elektrochemie een reactief tussenproduct, dat vervolgens wordt gebruikt als grondstof voor microbiële omzetting in verschillende platformchemicaliën, waaronder vetzuren met lange ketens.
• Het Wageningse KB (Kennisbank)-project "Exploring options for using CO2 as a building block for materials and fuels" (Onderzoek naar opties voor gebruik van CO₂ als bouwsteen voor materialen en brandstoffen) is bedoeld om de rol van CO2 in een fossiele grondstofvrije samenleving te onderzoeken. Welke rol zal CO2 spelen bij de productie van chemicaliën, materialen en brandstoffen? En wat zijn de meest veelbelovende technologieën voor omzetting?
• In het door de EU gefinancierde project CATCO2NVERS maken we melkzuur uit CO2 en bio-ethanol, via een biokatalytische cascade.
• We onderzoeken nieuwe biobased chemicaliën en materialen voor het afvangen van koolstof, zowel uit puntbronnen als rechtstreeks uit de atmosfeer (direct air capture: DAC).

Neem contact met ons op

Wageningen Food and Biobased Research bouwt voort op uitgebreide expertise op
het gebied van microbiële omzetting, elektrochemie en combinaties hiervan om
conversietechnologie te ontwikkelen waarmee industrieën CO₂ kunnen
gebruiken als grondstof in een hernieuwbare-koolstofeconomie. Neem contact met
ons op voor meer informatie.