Stro en maïs zijn de nieuwe aardolie

Een schimmel dat ooit gevonden werd op een composthoop in Zwitserland bleek voor DSM goud waard: het helpt houtafval om te zetten in suikers....

Pieter Klok

Op het terrein van DSM in Delft hangt een geur die aan vochtige kelders doet denken. ‘Schimmels’, zegt directeur Marcel Wubbolts. In een aantal torenhoge ketels produceren deze micro-organismen Cephalexine, een antibioticum, dat werd ontwikkeld toen bacteriën resistenties ontwikkelden tegen klassieke antibiotica en sommige mensen allergisch bleken voor penicilline. Dit is de grootse Cephalexinefabriek ter wereld.

De laatste jaren zijn de meeste antibioticafabrieken naar het Verre Oosten verhuisd omdat de productie in Nederland te duur is. Niet alleen door de hogere lonen, maar ook vanwege de strengere milieueisen en hogere energiekosten. Alleen de efficiëntste fabrieken kunnen hier overleven en dat is bij deze fabriek het geval.

Wie Cephalexine wil produceren, moest voorheen dertien moeilijke chemische stappen doorlopen. ‘Het hele terrein hier stond vol fabrieken’, zegt Wubbolts. Dankzij een schimmel waarin een aantal enzymen zijn veranderd, kan DSM Cephalexine nu maken in twee biologische stappen. Hierdoor kon het materiaal- en het energiegebruik met 65 procent worden teruggedrongen. Alleen dankzij deze technologische doorbraak kunnen we hier nog steeds winstgevend antibiotica produceren’, zegt Wubbolts.

DSM in Delft is voortdurend op zoek naar schimmels, gisten, bacteriën en enzymen die het bedrijf kunnen helpen bij de productie van chemicaliën en voedingsingrediënten. DSM heeft een lange geschiedenis op dit gebied. De fabriek werd ooit in 1869 opgericht als de Nederlandsche Gist- en Spiritusfabriek door Jacques van Marken. Van Marken maakte in de eerste plaats bakkersgist. Daarbij kwam alcohol vrij, dat onder meer door zijn vrouw werd gebruikt om parfums te ontwikkelen.

In 1998 werd de Gist- en Spiritusfabriek, die inmiddels Gist-brocades heette en gespecialiseerd was in de productie van penicilline, ingelijfd door DSM. Dat was groot geworden met zijn krakers: immense installaties die olie omzetten in allerlei bruikbare bestanddelen. DSM wilde met behulp van de Delftse fabriek steeds vaker de natuur inzetten om het gewenste eindresultaat te halen.

Stro in plaats van olie
Ook de grondstof verandert. Omdat olie opraakt, zoekt DSM naar andere materialen om chemicaliën mee te maken. In het laboratorium staan nu potjes stro, een potje houtsnippers en een potje gehakte maïsstengels. ‘Dit is onze nieuwe olie’, zegt Wubbolts.

DSM Delft wil helpen bij de ontwikkeling van de tweede generatie biobrandstoffen. De eerste is gebaseerd op onder meer suikerriet en maïs, dat wordt omgezet in ethanol. De tweede generatie mag alleen niet-eetbaar restmateriaal gebruiken, zoals landbouwafval. De onderzoekers van DSM zijn daarom al jaren naarstig op zoek naar schimmels, bacteriën en enzymen die dit afval kunnen omzetten in biobrandstof, hoogwaardige materialen of chemische bouwstoffen.

Landbouwafval ligt nu vaak na de oogst op de akkers te rotten. Dat heeft voordelen – de mineralen die bij het rottingsproces ontstaan, houden de bodem vruchtbaar – maar ook nadelen: er komt veel CO2 en methaan vrij, een nog schadelijker broeikasgas.

Een steeds groter deel van het landbouwafval belandt als biobrandstof in energiecentrales. Maar ook dat is eigenlijk zonde, vindt Wubbolts. ‘De centrales halen alleen de energie eruit, maar er zit veel meer waarde in, zoals grondstoffen voor al dan niet afbreekbare kunststoffen.’

Het probleem is dat deze waarde zich er niet zo makkelijk laat uithalen. Hout, stro en gehakte maïsstengels zijn taaie materialen. Het duurt een eeuwigheid voordat ze verteerd zijn.

Termieten
DSM besloot te rade te gaan bij de natuur, bij de termieten, die wel in staat zijn hout in korte tijd te vernietigen. Termieten vermalen restanten met hun kaken en mengen deze met enzymen in hun speeksel. Vervolgens brengen ze de pulp naar hun nest, waar schimmels het werk afmaken.

DSM probeert dat proces na te bootsen. Het hout of de stengels en bladeren worden om te beginnen in kleine stukjes gehakt en bij hoge temperatuur met een verdund zuur gemengd. Vervolgens zetten enzymen het landbouwafval om in suikers.

Het chemieconcern heeft voor dit werkje een mix van enzymen uitverkoren, die wordt afgescheiden door schimmels die in composthopen op hout en vezels kunnen leven. Dit mengsel van enzymen is niet alleen heel goed in het afbreken van hout, maar functioneert ook nog eens bij hoge temperaturen, tot 65 graden Celsius.

Dit biedt allerlei extra voordelen. Bij alle andere enzymen zou het mengsel eerst moeten worden afgekoeld tot onder de 40 graden, wat niet alleen tijd en energie kost, maar het mengsel ook stroperiger maakt, waardoor het lastiger te verwerken is. Bovendien verkleint de hoge temperatuur de kans dat andere bacteriën en schimmels het beoogde proces verstoren. Met de schimmel van DSM wordt het productieproces in een klap fors goedkoper.

De schimmel werd ooit in 1961 ontdekt in een composthoop in Zwitserland. DSM heeft het organisme al vele jaren geleden gekocht. Een andere beroemde schimmel dook ooit op in een lading handschoenen die op een Russische kade lagen te rotten. De schimmels zijn inmiddels beschermd. Net als antieke kunstschatten mag je ze niet zomaar de grens overnemen.

De schimmel zet het hout om in suikers met vijf en zes koolstofatomen en lignine. De suikers met vijf koolstofatomen konden tot voor kort niet in alcohol worden omgezet. Al was er een bacterie die de klus wel kon klaren. ‘Samen met de Technische Universiteit Delft hebben we daar de genen uitgehaald en die in bakkersgist gestopt’, zegt Wubbolts. Dankzij de ontwikkelde gist is de opbrengst van het landbouwafval in een keer verdubbeld en de afvalstroom gehalveerd. De resterende lignine kan worden verbrand.

DSM heeft hoge verwachtingen van het ontwikkelde procedé. Het kan gebruikt worden om enorme bioraffinaderijen op te tuigen in de Rotterdamse haven, waar landbouwafval van over de hele wereld in biobrandstof kan worden omgezet.

Het is volgens Wubbolts wel wenselijk dat de overheid een duwtje geeft. ‘Zo’n raffinaderij kost honderden miljoenen. Dat hebben wij niet.’ Overheidsgeld is onontbeerlijk: voor investeringen in bioraffinaderijen is een lange adem nodig. ‘De ontwikkeling van olieraffinaderijen duurde ook 80 tot 100 jaar. Ze zijn nu pas zo efficiënt geworden dat er bijna geen afval meer wordt geproduceerd.’

Door het mislukken van de milieutop in Kopenhagen is het wel lastiger geworden om politieke steun voor deze ontwikkelingen te vinden, denkt Wubbolts. ‘Een goede uitkomst had ons zeker geholpen.’

Steeds minder landbouwafval
En er is nog een probleem: de beschikbaarheid van biomassa. Landbouwwetenschappers en plantveredelaars proberen juist de planten steeds kleiner te maken, zodat de hoeveelheid landbouwafval zo beperkt mogelijk blijft. ‘Wij willen juist steeds grotere planten’, zegt Wubbolts.

Maar als de omstandigheden ergens ideaal zijn voor bioraffinaderijen dan is het wel in Nederland, met zijn havens, zijn olieraffinaderijen en zijn kennis van landbouw en chemie. ‘We zouden op dit terrein een leidende natie kunnen zijn’, zegt Wubbolts. ‘Laten we deze kans grijpen. We waren ooit ook leidend op het gebied van windenergie, maar die voorsprong hebben we uit handen gegeven aan Denemarken en Duitsland.’

Meer over