Nieuwe methode om CO2-emissies om te zetten in grondstoffen voor de chemische industrie
Het Europese project VIVALDI, onder leiding van de UAB, gebruikt innovatieve biotechnologie om CO₂-uitstoot van bio-gebaseerde industrieën zoals papier- en voedingsproductie om te zetten in waardevolle organische zuren. Deze aanpak verkleint de ecologische voetafdruk van industriële processen en stimuleert circulaire productie, waarmee het project bijdraagt aan de ontwikkeling van een koolstofdioxide-gebaseerde industriële sector.
Een multidisciplinair en internationaal consortium van instellingen en bedrijven, onder leiding van de Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), heeft recent de resultaten gepresenteerd van het VIVALDI-project (innoVative bIo-based chains for CO₂ VALorisation as aDded-value organIc acids), onderdeel van het Horizon 2020-programma van de Europese Unie. Dit gebeurde tijdens de slotbijeenkomst in Barcelona. Gedurende vier jaar werkte het consortium aan de ontwikkeling van een innovatieve, duurzame en economisch haalbare biotechnologische route om CO₂-emissies uit biogebaseerde industrieën om te zetten in organische verbindingen voor gebruik in de chemische sector.
Het project richtte zich op sleutelspelers binnen de bio-industrie, zoals de voedings-, papier-, bio-ethanol- en biochemiesector. Het VIVALDI-concept bestaat uit het opvangen, zuiveren en omzetten van CO₂-emissies, door middel van een combinatie van elektrochemische en biotechnologische technieken. Zo worden eenvoudige organische verbindingen zoals methanol en mierenzuur geproduceerd – bouwstenen voor complexere, hoogwaardige organische zuren die nu nog grotendeels uit fossiele bronnen worden gewonnen.
De gegenereerde verbindingen kunnen direct in het industriële proces worden ingezet, wat leidt tot een verbeterde duurzaamheid en circulariteit. Bovendien ontstaan er nieuwe businessmodellen voor bioraffinaderijen, bijvoorbeeld via de productie van biomaterialen (zoals bioplastics) of diervoederadditieven. Toepassing van het VIVALDI-concept in de industrie draagt bij aan een vermindering van de CO₂-uitstoot en de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen, wat vandaag nog gepaard gaat met intensief gebruik van energie, grondstoffen, land en water.
De methode werd succesvol gevalideerd in een proof of concept, waarbij onder andere bestek uit bioplastic en nieuwe diervoederadditieven werden geproduceerd. Ook zijn er aanzienlijke verbeteringen geboekt in verschillende processtappen, zoals bij de opname en zuivering van CO₂ en de elektrochemische omzetting naar mierenzuur of methanol. Deze stoffen vormen de basis voor de synthese van vier complexere organische zuren – melkzuur, itaconzuur, barnsteenzuur en 3-hydroxypropionzuur – die via genetisch gemodificeerde gisten zijn geproduceerd en geoptimaliseerd.
Daarnaast ontwikkelde VIVALDI een nieuw bio-elektrochemisch proces om ammonium en andere voedingsstoffen uit afvalwater te recupereren, noodzakelijk voor de productie van deze zuren.
De ontwikkelde oplossing is repliceerbaar in verschillende soorten biogebaseerde bedrijven. “We hebben een baanbrekende methode ontwikkeld waarin we elektrochemische CO₂-reductie en biologische processen integreren voor de duurzame productie van een breed scala aan producten,” zegt Albert Guisasola, hoogleraar aan de afdeling Chemische, Biologische en Milieutechniek van de UAB en coördinator van het project. “Wij geloven dat dit een belangrijke stap is naar de opbouw van een nieuwe CO₂-gebaseerde industrie die bijdraagt aan het verlagen van de koolstofvoetafdruk en het verminderen van onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen – volledig in lijn met de klimaat- en bio-economische doelstellingen van de EU.”
Het team wil de methode nu opwerken naar pilotschaal, met reactoren tot 1 m³, en verder onderzoeken hoe VIVALDI-oplossingen toepasbaar zijn in andere CO₂-emitterende processen. Daarnaast is er aandacht voor bio-elektrochemisch herstel van ammoniak uit purines.
Met een budget van bijna zeven miljoen euro werd het VIVALDI-project geleid door de GENOCOV-onderzoeksgroep, in samenwerking met ENG4BIO, beide van de UAB. Het consortium telt 16 partners, waaronder bio-industriële spelers (zoals SunPine AB, Damm, Novamont en Bioagra) en technologische ontwikkelaars zoals VITO, Helmholtz-Centrum voor Milieuonderzoek, LEITAT, Processium, Avantium, de BOKU-universiteit in Wenen, en de Luleå University of Technology. Ook Nutrition Sciences nam deel als eindgebruiker.
Daarnaast werkte het team samen met het BETA Technologiecentrum (UVic-UCC), het technologie- en innovatie-adviesbureau ISLE, en CO₂ Value Europe, de Europese brancheorganisatie voor koolstofcaptatie en -valorisatie.
Het VIVALDI-project werd gefinancierd door het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de EU, onder subsidieovereenkomst nr. 101000441.
