Soms lijkt alle fascinatie voor moderne technologie zich te concentreren op ICT: robots, zelfsturende auto’s, mobiele telefoons met hun apps. De groene chemie, net zozeer een doorbraaktechnologie, komt nauwelijks aan bod en is toch al bijna 20 jaar in ontwikkeling. ICT is intussen een gevestigde technologie; groene chemie ontwikkelt zich nog sterk en wordt de drager van de volgende economische ontwikkelingsgolf.
Dit is het eerste artikel in een serie over groene chemie. De artikelen verschenen op 4 juni, 14 juni, 19 juni en 12 juli 2015.
Van armpje drukken tot dansen
Wij kunnen de groene chemie stellen tegenover de petrochemie, die de chemische industrie na de Tweede Wereldoorlog heeft bepaald. Ontwikkeling van de petrochemie betekende het aanbrengen van nuttige eigenschappen in de fossiele grondstof, die in de loop van de eeuwen ondergronds juist was gestript van alle eigenschappen. Een buitengewoon knappe prestatie die ons vele fraaie producten heeft geleverd als plastics en nylons, synthetische verfstoffen en heel veel medicijnen. In de loop van de jaren heeft de (petro)chemische industrie zich uitgebouwd en vervolmaakt tot een uiterst efficiënt geheel, waarin elk bijproduct weer nuttig wordt gebruikt in het volgende proces.
En toch heeft de petrochemie met onze huidige kennis van de groene chemie iets primitiefs. In de petrochemie persen technologen met veel geweld (hoge temperaturen en drukken, oplosmiddelen) de nuttige resultaten uit de grondstof. Naar verhouding betekent de petrochemie armpje drukken met de natuur, terwijl de groene chemie zijn resultaten boekt met dansen: meebewegen om de natuur zelf zijn werk te laten doen in de door ons gewenste richting. In de petrochemie dwingt de mens de natuur, terwijl in de groene chemie de natuur onze leermeester is geworden.
Katalyse en genetische modificatie
Het geheim van succesvolle chemie is katalyse. Katalysatoren zijn stoffen die chemische reacties in de gewenste richting versnellen zonder zelf te veranderen. In de petrochemie zijn katalysatoren vaak metalen, zoals nikkel en platina. De groene chemie gebruikt de katalysatoren van de levende natuur: enzymen, ook wel biokatalysatoren genoemd. Zij kunnen hun processen daardoor alleen uitvoeren bij milde omstandigheden – bijvoorbeeld bij onze lichaamstemperatuur. Door die milde omstandigheden is een daarop gebaseerde industrie in één klap af van hoge temperaturen en drukken en bijbehorende hoge investeringen. In zichzelf is de groene chemie daarom duurzamer dan zijn fossiele broer.
Het succes van de groene chemie is onlosmakelijk verbonden met biotechnologie en het gebruik van genetisch gemodificeerde organismen, GGO’s of op zijn Engels GMO’s. In de groene chemie wordt genetische modificatie (GM) toegepast op micro-organismen (bacteriën, gisten of schimmels) om de doorloop (het metabole pad) van het voedsel van het organisme naar het gewenste eindproduct te beïnvloeden. En om alleen die enzymen in het micro-organisme hun werk laten doen die nodig zijn voor het bedoelde product. Dat kan door allerlei andere enzymen uit te schakelen of genen uit andere organismen of planten in te bouwen. Met GM kunnen onderzoekers ook de productiviteit en stabiliteit van het organisme verhogen. Stabiliteit en productiviteit zijn de twee essentiële voorwaarden om de concurrentie met de petrochemie te kunnen aangaan. De wetenschap die over dit alles gaat heet industriële biotechnologie.
Succesvoorwaarden voor de groene chemie
Elk biotechnologisch bedrijf heeft zijn eigen biokatalysatoren: geïsoleerde enzymen die ze door en door kennen; of complete micro-organismen waarvan zij het genoom, de metabole paden en de aanwezige enzymen kennen zodat zij schakelaars in het metabole pad kunnen omzetten en nieuwe stoffen kunnen produceren. Micro-organismen kunnen ingewikkelde processen in één keer afwerken (zonder scheiding en zuivering na elke processtap) door meerdere enzymen achter elkaar in te schakelen. Dit geeft grote voordelen, en deze worden steeds belangrijker bij het veroveren van een plaats op de markt. Want het veld van de chemische industrie is steeds in beweging. Ook de klassieke katalysatoren verbeteren zich voortdurend, zodat de lat voor de groene chemie steeds hoger komt te liggen.
Ook vele gevestigde groene chemische processen moesten voortdurend worden verbeterd en het heeft het vaak tientallen jaren geduurd om commercieel aantrekkelijke productconcentraties van 10 tot 20% of meer te bereiken. In 2014 heeft de Wageningse hoogleraar Johan Sanders in zijn afscheidsrede onderzocht wat de zwakke punten zijn van de concurrerende petrochemie. Zijn aanbeveling: zoek de petrochemische processen op met hoge kapitaalkosten; daar zijn zij het kwetsbaarst, want die hoge temperaturen en drukken vereisen grote investeringen. De eerste producten waarin de groene chemie terrein verovert op de petrochemie, zoals barnsteenzuur, voldoen precies aan dat criterium.
Zie ook ons hoofdstuk over groene chemie in ons boek Groene Groei.
Zie ook: http://greenchemicalsblog.com/