BASF Research Press Conference 2022:
Klein maar krachtig - micro-organismen dragen bij tot meer duurzaamheid bij BASF
- BASF stuurt transformatie naar meer duurzaamheid met innovatieve oplossingen voor grondstoffen, processen en producten
- Witte biotechnologie gebruikt micro-organismen om grondstofbesparende en klimaatvriendelijke producten te maken uit een verscheidenheid aan grondstoffen
- Fundamenteel onderzoek naar biologische afbreekbaarheid versnelt de ontwikkeling van duurzame materialen
Innovatie en duurzaamheid zijn bij BASF onlosmakelijk met elkaar verbonden. Wereldwijd werken onderzoekers aan innovatieve oplossingen om alternatieve grondstofbronnen aan te boren en klimaatvriendelijke productieprocessen en producten te ontwikkelen. Huidige onderzoeksprojecten en voorbeelden van innovatie voor verschillende stappen in de waardeketen werden vorige week gepresenteerd door Dr. Melanie Maas-Brunner, lid van de Raad van Bestuur van BASF SE en Chief Technology Officer, samen met wetenschappers op de Research Press Conference van BASF. Het evenement richtte zich op technologieën waarbij micro-organismen bijdragen tot meer duurzaamheid.
Het unieke R&D-platform van BASF dient als basis voor de ontwikkeling van duurzame chemische oplossingen. "De afgelopen jaren hebben we dit platform systematisch aangepast aan de behoeften van onze klanten", aldus Maas-Brunner. Bij BASF werken wereldwijd ongeveer 10.000 medewerkers in onderzoek en ontwikkeling. In 2021 investeerde het bedrijf ongeveer 2,2 miljard euro in de ontwikkeling van duurzame producten en nieuwe technologiegebieden. "Het uitbreiden van onze competenties is voor ons een voortdurende taak", aldus Maas-Brunner. Voorbeelden zijn het genereren van CO2-vrije waterstof, het elektrificeren van productieprocessen en het bevorderen van de circulaire economie, maar ook het aanboren van nieuwe grondstofbronnen en het nog efficiënter gebruiken van digitale hulpmiddelen.
"Veel van de technologieën die een klimaatneutrale samenleving mogelijk zullen maken, zijn nog niet uitgevonden", aldus Maas-Brunner. Daarom is het belangrijk toekomstige uitdagingen het hoofd te bieden door open te staan voor technologieën en alternatieve technologieconcepten te integreren. "Daarvoor hebben we allianties nodig - met alle spelers in de industrie, de wetenschap, de politiek en de samenleving. Allianties tussen bedrijven en wetgevers zijn vooral belangrijk omdat we goede randvoorwaarden nodig hebben die onze acties ondersteunen," aldus Maas-Brunner.
Witte biotechnologie wordt steeds belangrijker
Met haar brede waaier aan technologische competenties is BASF in een goede positie om innovatieve oplossingen voor klimaatneutrale chemie te ontwikkelen. Witte biotechnologie wordt een steeds belangrijker onderdeel van de gereedschapskist van BASF. "Dit zijn de instrumenten van de natuur; mensen gebruiken ze al heel lang en verfijnen ze voortdurend," zei Dr. Doreen Schachtschabel, Vice President White Biotechnology Research bij BASF. Micro-organismen, zoals bacteriën of schimmels, zijn betrokken bij deze bioprocessen, met inbegrip van fermentatie en biokatalyse. Ze gebruiken diverse organische materialen om ze om te zetten in totaal verschillende eindproducten. Dat kunnen wijn, brood of kaas zijn, maar ook stoffen voor de chemische industrie. "Witte biotechnologie is een van onze belangrijkste technologieën geworden die ons in staat stelt om op een efficiënte, grondstofbesparende en vooral flexibele manier te produceren met behulp van uiteenlopende grondstoffen", aldus Schachtschabel.
De lijst van chemicaliën en producten die BASF produceert met witte biotechnologische methoden is lang: biopolymeren, essentiële ingrediënten voor menselijke en dierlijke voeding zoals vitaminen en enzymen, gewasbeschermingsmiddelen, geur- en smaakstoffen en enzymen voor detergenten en cosmetische ingrediënten. In vijf van de zes segmenten van BASF - Chemicals, Materials, Industrial Solutions, Nutrition & Care en Agricultural Solutions - produceert de onderneming al meer dan 3.000 producten die verband houden met biotechnologie of biologisch afbreekbaar zijn. In 2021 droegen deze voor meer dan 3,5 miljard euro bij aan de omzet, en de trend stijgt.
Om nieuwe processen en producten te ontwikkelen, werken BASF-onderzoekers samen met tal van externe academische en industriële partners. De technologische fundamenten en de benaderingen zijn meestal zeer gelijkaardig, ondanks de verschillende eigenschappen van de moleculen.
Eerst wordt een geschikt micro-organisme geïdentificeerd dat kan worden gecultiveerd. In de volgende stap wordt zo nodig het genoom veranderd, waardoor het metabolisme zodanig wordt gewijzigd dat de bacterie of schimmel ofwel meer van een bepaalde stof maakt ofwel een geheel nieuwe molecule met nieuwe eigenschappen produceert.
Dan begint het werkelijke bioproces: De micro-organismen produceren het doelmolecuul in de gewenste hoeveelheden onder optimale omstandigheden. De voedingsstoffen en bouwstenen kunnen hernieuwbare grondstoffen zijn, zoals suiker, maar ook afvalstromen, gerecyclede producten en chemisch gesynthetiseerde moleculen.
In de toekomst zal BASF blijven steunen op een flexibele en brede basis van grondstoffen en technologieën. "We erkennen dat biotechnologie, engineering en klassieke chemie, wanneer ze optimaal geïntegreerd zijn, processen mogelijk maken die zowel zeer efficiënt als economisch en ecologisch duurzaam zijn. Dit zal BASF helpen haar duurzaamheidsdoelstellingen te bereiken", aldus Schachtschabel.
Gasvormige koolstof als alternatieve grondstofbron
Naast de klassieke fermentatie, die meestal gebaseerd is op hernieuwbare grondstoffen, werken BASF en het Amerikaanse bedrijf LanzaTech samen aan speciale processen waarbij bacteriën gasvormige koolstofbronnen, zoals koolstofmonoxide en koolstofdioxide, als grondstof gebruiken. De koolstof kan afkomstig zijn van afgassen van staalfabrieken, raffinaderijen en chemische fabrieken, maar ook van vergast huishoudelijk afval. "We willen het potentieel van gasfermentatie aanboren om chemicaliën te maken voor chemische waardeketens," zei prof. Michael Helmut Kopf, directeur Alternative Fermentation Platforms bij BASF. De productiefaciliteiten van LanzaTech in China gebruiken deze technologie al om ethanol te produceren en een volgende fabriek in België zal binnenkort operationeel zijn. De twee bedrijven willen nu hogere alcoholen en andere tussenproducten produceren met behulp van gasfermentatieprocessen.
"Onze bacteriën zijn speciaal ontworpen zodat ze koolstofafval kunnen omzetten in een verscheidenheid van gewenste tussenproducten," verklaarde Dr. Sean Simpson, LanzaTech's oprichter en Chief Scientific Officer. BASF brengt op haar beurt haar expertise op het gebied van chemie en procestechnologie en procesintensivering in dit ontwikkelingsproject in. BASF ontwerpt ook het proces om de producten van het fermentatiesysteem te scheiden en te zuiveren zodat ze in de waardeketens kunnen worden ingevoerd.
Biologische afbreekbaarheid in detail begrijpen
Bij BASF spelen bacteriën en schimmels niet alleen een rol bij de productie van duurzame producten. "Voor ons betekent duurzaamheid ook precies weten hoe en waarom micro-organismen in het milieu onze producten biologisch afbreken nadat ze zijn gebruikt," zei professor Andreas Künkel, BASF's Vice President Research Biopolymers. Biologische afbreekbaarheid betekent dat micro-organismen complexe organische moleculen omzetten in energie, water, koolstofdioxide en biomassa.
Om deze natuurlijke methode te gebruiken en volledig biologisch afbreekbare producten te ontwikkelen, is een fundamenteel begrip van chemie en van biologische processen nodig. Daarom heeft BASF haar R&D-activiteiten met betrekking tot biologische afbreekbaarheid de afgelopen 10 jaar aanzienlijk uitgebreid. "Dit ongelooflijk complexe onderwerp kan alleen worden beheerst als een interdisciplinair team," zei Künkel. Hij benadrukte het belang van interne en externe samenwerking met klanten, universiteiten en onderzoeksinstituten, waarmee BASF uitgebreide experimenten in het lab en in het veld heeft uitgevoerd. "We bekijken in detail hoe we materialen moeten ontwerpen zodat onze producten biologisch afbreken in de bodem en in technische systemen zoals compost en rioolwaterzuiveringsinstallaties," legde Künkel uit.
Een voorbeeld hiervan is ecovio® mulchfolie. Het is gecertificeerd biologisch afbreekbaar in de bodem en helpt landbouwers een hogere opbrengst te behalen. Na de oogst kan de folie gewoon worden ondergeploegd en wordt hij afgebroken door micro-organismen in de bodem. Onderzoekers van BASF werkten samen met wetenschappers van de ETH Zürich om te onderzoeken hoe en waarom de folie biologisch afbreekbaar is in de bodem - zowel in het laboratorium als op het veld. Daartoe ontwikkelden zij nieuwe analysemethoden die kunnen aantonen dat de koolstof in de folie biologisch wordt omgezet in koolstofdioxide en biomassa.
Een andere belangrijke toepassing voor biologisch afbreekbare materialen zijn ingrediënten voor wasmiddelen, vaatwasmiddelen en cosmetica die aan het eind van hun levenscyclus in afvalwaterzuiveringsinstallaties terechtkomen. Ook hier is het van cruciaal belang precies te begrijpen hoe de structuur van het materiaal de biologische afbreekbaarheid ervan beïnvloedt.
Om de portefeuille van nieuwe gecertificeerde biologisch afbreekbare producten uit te breiden, vormen digitale hulpmiddelen een belangrijk onderdeel van het onderzoekswerk. Met haar uitgebreide verzameling gegevens over biologische afbreekbaarheid kan BASF computermodellen ontwikkelen waarmee in een zeer vroeg stadium van de productontwikkeling de eigenschappen en biologische afbreekbaarheid van moleculen en materialen kunnen worden voorspeld, zodat de structuur ervan dienovereenkomstig kan worden aangepast. "BASF is een pionier en leider op het gebied van digitale modellering van voorspellende biologische afbreekbaarheid. Dit is nuttig bij de samenwerking met klanten om biologisch afbreekbare producten op maat te ontwikkelen voor een bepaalde toepassing", aldus Künkel.
Livestream en meer informatie over de presentaties op de onderzoekspersconferentie op: basf.com/research-press-conference
