Circulaire bio-economie: van fossiele grondstoffen naar planten, resten en microben
Stel je een spijkerbroek voor die niet gemaakt is van katoen dat met kunstmest en pesticiden is geteeld en aan het eind van zijn leven op de vuilnisbelt belandt, maar van bacteriën die suikers uit bietenpulp omzetten in een sterke vezel — en die broek kan na gebruik weer worden afgebroken tot grondstof voor de volgende. Dat is in een notendop waar circulaire bio-economie over gaat: een economie die niet draait op olie, gas en steenkool, maar op planten, algen, mest, houtresten en micro-organismen, en die tegelijk zo min mogelijk verspilt door reststromen steeds opnieuw te gebruiken.
Het begrip is eigenlijk een samensmelting van twee ideeën. De bio-economie gaat over het vervangen van fossiele grondstoffen door biologische: in plaats van aardolie tot plastic te raffineren, gebruik je bijvoorbeeld maisstijfsel of algenolie. De circulaire economie gaat over het sluiten van kringlopen: producten en materialen zo lang mogelijk gebruiken, herstellen, hergebruiken en pas als allerlaatste optie verbranden of storten. Combineer die twee en je krijgt een systeem waarin biologische grondstoffen niet alleen fossiele vervangen, maar ook zo slim mogelijk worden ingezet en na gebruik weer terugvloeien in nieuwe producten of terug de bodem in, zonder blijvend afval.
Wat is het precies?
In de praktijk begint een circulaire bio-economie bij biomassa: alle organisch materiaal dat als grondstof kan dienen. Denk aan landbouwgewassen, houtsnippers, mest, algen, maar vooral ook aan reststromen die anders worden weggegooid, zoals bietenpulp, aardappelschillen, stro, gebruikt frituurvet of rioolslib. Het uitgangspunt is dat je die biomassa niet in één keer verbrandt voor energie — dat is de laagste waarde die je eruit kunt halen — maar eerst benut voor waardevollere toepassingen.
Dat principe heet cascadering: gebruik biomassa eerst voor voeding of veevoer, dan voor materialen zoals bioplastics of bouwmaterialen, dan voor chemicaliën, en pas helemaal aan het eind, als er niets anders meer mee kan, voor energieopwekking via verbranding of vergisting. Zo haal je de maximale waarde uit elke plant of reststroom voordat de moleculen als CO2 of warmte de kringloop verlaten.
De technische kern van veel van deze processen ligt in de bioraffinaderij, een fabriek die biomassa net als een olieraffinaderij uit elkaar haalt in bruikbare bouwstenen: suikers, vetzuren, eiwitten, vezels. Vervolgens zetten enzymen, gisten of bacteriën — via fermentatie, hetzelfde proces dat bier en yoghurt maakt — die bouwstenen om in chemicaliën, plastics of brandstoffen. Waar een traditionele chemische fabriek hoge temperaturen en agressieve stoffen nodig heeft, doet de natuur dat werk vaak bij kamertemperatuur, wat in potentie energie bespaart en minder giftig afval oplevert.
Een tweede belangrijke technologie is mycelium: het draadvormige wortelstelsel van schimmels. Mycelium kan reststromen als houtsnippers of stro binnen enkele dagen samenklonteren tot een stevig, lichtgewicht materiaal dat als isolatie, verpakking of zelfs bouwmateriaal kan dienen, en dat na gebruik gewoon composteert.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer is het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen, die zowel het klimaat belasten als geopolitiek kwetsbaar zijn gebleken — denk aan prijsschommelingen door oorlogen of handelsconflicten. Biologische grondstoffen groeien in principe elk jaar opnieuw aan, wat ze op de lange termijn hernieuwbaar maakt, mits je niet meer oogst dan er bijgroeit.
Daarnaast is er het afvalprobleem: veel landbouw- en voedselreststromen worden nu verbrand, gestort of laagwaardig verwerkt, terwijl ze waardevolle suikers, vezels en eiwitten bevatten. Door die reststromen te verwaarden ontstaat er economische waarde uit wat voorheen kostenpost was, en wordt tegelijk het beslag op nieuw land en nieuwe grondstoffen kleiner.
Een derde doel is het verminderen van vervuiling door langlevende kunststoffen. Een deel van de biobased plastics is biologisch afbreekbaar, wat betekent dat het onder de juiste omstandigheden (vaak industriële compostering, niet zomaar in de vrije natuur) door micro-organismen wordt afgebroken tot water, CO2 en biomassa, in plaats van eeuwenlang als microplastic in het milieu te blijven zitten. Belangrijk om te beseffen: biobased (gemaakt van planten) en biologisch afbreekbaar zijn twee verschillende eigenschappen — niet elk biobased plastic is afbreekbaar, en niet elk afbreekbaar plastic is biobased.
Nederland en de Europese Unie zien de bio-economie ook als economische kans: een manier om chemie, landbouw en industrie te verduurzamen zonder de industriële basis te verliezen, en om nieuwe exportproducten en werkgelegenheid te creëren in een tijd dat fossiele grondstoffen politiek en klimatologisch steeds minder houdbaar worden.
Voorbeelden uit de praktijk
Avantium, een Nederlands bedrijf, ontwikkelde de zogeheten YXY-technologie om plantaardige suikers om te zetten in FDCA, de bouwsteen voor het bioplastic PEF (polyethyleenfuranoaat). PEF is beter bestand tegen zuurstof en heeft betere barrière-eigenschappen dan het gangbare petflessenplastic, en wordt onder meer getest voor dranken- en voedselverpakkingen. Avantium bouwde in Delfzijl een eerste commerciële fabriek, genaamd Ray, om deze bouwsteen op grotere schaal te produceren.
Loop Biotech, een Delfts bedrijf opgericht door architect en TU Delft-onderzoeker Bob Hendrikx, maakt de “Living Cocoon”, een lijkkist gegroeid uit mycelium in plaats van gezaagd hout. De kist versnelt in theorie het composteringsproces van het lichaam en voedt zo de bodem, in plaats van er eeuwenlang op te wegen zoals gelakt hout.
Corbion, gevestigd in Amsterdam, produceert al decennia melkzuur (lactic acid) via fermentatie van suikers en gebruikt dat als basis voor onder meer biobased plastics (PLA), conserveringsmiddelen en ingrediënten voor de voedingsindustrie. Het bedrijf laat zien dat bio-economie niet alleen een startup-verhaal is, maar ook bestaat uit gevestigde industriële spelers.
Cosun Beet Company, de Nederlandse suikerbietenverwerker achter onder meer Suiker Unie, verwaardt via haar tak Cosun Biobased Products de pulp die overblijft na het winnen van suiker uit bieten tot onder meer pectine (een geleermiddel in voeding) en cellulosevezels voor bijvoorbeeld papier en bouwmaterialen — een schoolvoorbeeld van cascadering binnen één gewas.
Ecovative, een Amerikaans bedrijf opgericht in 2007 door Eben Bayer en Gavin McIntyre, laat mycelium groeien rond landbouwafval zoals maisstengels tot stevige, lichte blokken die als alternatief voor piepschuim in verpakkingen worden gebruikt, en inmiddels ook als basis voor vleesvervangers en leerachtige materialen dienen.
Hoe ver is de techniek?
De ontwikkelstand loopt sterk uiteen per toepassing. Fermentatietechnologie voor stoffen als melkzuur is decennia oud en volledig industrieel volwassen; bedrijven als Corbion draaien al jaren commerciële fabrieken. Nieuwere bouwstenen zoals FDCA voor PEF-plastic bevinden zich in een eerdere fase: de eerste commerciële fabrieken draaien, maar de productie is nog beperkt vergeleken met de gangbare petrochemische industrie, en de kostprijs ligt doorgaans hoger dan bij fossiele plastics.
Mycelium-materialen zijn technisch goed te maken en al te koop voor niche-toepassingen zoals verpakking en design-objecten, maar opschalen naar grote bouw- of verpakkingsvolumes blijft een uitdaging vanwege de teelttijd, consistente kwaliteit en productiecapaciteit.
Een fundamenteel obstakel voor de hele sector is landgebruik: er is maar een beperkt oppervlak beschikbare landbouwgrond, die ook nodig is voor voedselproductie en natuurbehoud. Daarom richt veel onderzoek zich bewust op reststromen (zoals bietenpulp, stro of gebruikt frituurvet) in plaats van speciaal geteelde gewassen, om concurrentie met voedselproductie te vermijden. Ook de beschikbaarheid en verzamelkosten van verspreide reststromen — een boer heeft nu eenmaal geen fabriek naast zijn schuur — blijven een praktisch knelpunt, net als het opschalen van fermentatie- en bioraffinageprocessen van laboratoriumschaal naar fabrieksschaal, wat vaak jaren en aanzienlijke investeringen kost.
Beleidsmatig zet zowel de Nederlandse overheid als de Europese Unie in op groei van de sector, onder meer via de EU Bioeconomy Strategy (voor het eerst vastgesteld in 2012 en later geactualiseerd) en Europese subsidieprogramma’s voor biobased industrie. Toch blijft de sector voor een groot deel afhankelijk van subsidies en regelgeving, omdat biobased producten zonder prijs op CO2-uitstoot vaak nog niet kunnen concurreren met goedkopere fossiele alternatieven.
Wie werken eraan?
Wageningen University & Research geldt als een van de belangrijkste kennisinstituten wereldwijd op het gebied van bio-economie, landbouw en voeding, en werkt nauw samen met zowel bedrijven als de Nederlandse overheid. Ook TNO doet toegepast onderzoek naar bioraffinage en biobased materialen.
Onder de bedrijven zijn naast de eerder genoemde Avantium, Corbion, Loop Biotech en Cosun Biobased Products ook spelers als DSM-Firmenich (biobased ingrediënten en enzymen) en het Groningse BioBTX, dat werkt aan het maken van aromatische chemicaliën (bouwstenen voor onder meer plastics) uit biomassa en afval in plaats van aardolie, actief.
Internationaal lopen de Verenigde Staten (met onder meer Ecovative), Duitsland (met onderzoeksinstituten als Fraunhofer) en Finland (met het onderzoeksinstituut VTT, actief in bijvoorbeeld biobased verpakkingen) voorop. Op Europees niveau financiert de Circular Bio-based Europe Joint Undertaking (CBE JU), een publiek-privaat partnerschap van de Europese Unie en de biobased industrie, onderzoek en opschaling van circulaire bio-economieprojecten in heel Europa.