Suikerriet bevat, eenmaal ontdaan van suiker, nog tal van waardevolle stoffen. Zou je daar polymelkzuur (PLA) van kunnen maken? Die vraag stond centraal in het C3-acids-project van BE-Basic. Paulien Harmsen, senior onderzoeker binnen Wageningen Food & Biobased Research, werkte aan het isoleren van de suikers uit suikerrietreststromen, bagasse, voor fermentatie naar melkzuur (een C3-zuur).

Melkzuur is een bouwsteen voor het bioplastic PLA. Het wordt momenteel geproduceerd uit aardappelzetmeel en tapiocazetmeel, maar daarmee gaan de aardappels en tapioca als voedselgewas verloren. Eleganter is het om PLA te maken van reststromen uit de landbouw. Chemiebedrijven Corbion en DSM legden de vraag neer of bagasse een geschikte grondstof kon zijn. Het onderzoek vond plaats binnen het BE Basic programma – een onderzoeksprogramma waarin fundamentele wetenschappelijke vragen ten bate van de Biobased Economy centraal staan.

Procedure ontwikkelen

Traditioneel wordt bagasse verstookt, en niet zelden om de suikerrietmolen draaiende te houden. Maar bagasse bestaat hoofdzakelijk uit cellulose, hemicellulose en lignine. De uitdaging was om de cellulose en de hemicellulose tegen zo laag mogelijke kosten om te zetten in suiker, vervolgens melkzuur en uiteindelijk in PLA. Harmsen: “Het zijn de stoffen die houtige gewassen stevig maken. Die laten zich maar moeilijk afbreken. We onderzochten hoe dat het best kon verlopen: hydrothermisch of niet, al dan niet gecombineerd met zuren of basen zoals soda.” Soda had de voorkeur vanwege de mogelijkheden tot het recyclen van de reststromen maar gaf ook weer andere uitdagingen zoals een lagere suikeropbrengst omdat het een te groot deel van de cellulose onaangeroerd bleef.

Het beste procedé waar de onderzoekers op uitkwamen, was om eerst de lignine uit de bagasse te af te breken met behulp een sterke base en de (hemi-)cellulose enzymatisch om te zetten in suikers, die op hun beurt via fermentatie de melkzuur opleverde waar het allemaal om te doen was.

Lignine

Het onderzoek levert nieuw inzicht op in verschillende processen. Bagasse blijkt nog niet zo’n makkelijke grondstof voor PLA. Het procedé is complex en kent veel stappen. Dat maakt het ook kostbaar en foutgevoelig. Bij suikerriet bleek het gebruik van een base om de lignine af te breken de beste optie. “Lignine remt de omzetting van cellulose naar suikers. Door het verwijderen van de lignine verloopt die processtap nu veel sneller. Maar je moet die base er ook wel weer uithalen en je moet de lignine ook kunnen toepassen.”

Juist door de complexiteit zijn de onderzoekers tot het inzicht gekomen, dat het proces voor elke grondstof helemaal geoptimaliseerd moet worden. “Als je zoiets wilt doen, moet je procedure ‘tailor-made’ zijn en volledig geïntegreerd zijn in het hele proces, van suikerisolatie tot PLA”, zegt Harmsen. “Wat werkt bij suikerriet, werkt niet zonder meer bij maïsstengels.”


Publicaties
Upscaling of sugarcane bagasse pretreatment

Harmsen, P.F.H. , Lips, S.J.J. , Bakker, R.R.C. (2013)

Pretreatment of various feedstocks for lactic acid production: detection of sugars, organic acids and furanics in liquid fractions

Harmsen, P.F.H. , Lips, S.J.J. , Bakker, R.R.C. (2012)
?
Pretreatment of various feedstocks for lactic acid production: detection of sugars, organic acids and furanics in liquid fractions

Harmsen, P.F.H. , Lips, S.J.J. , Bakker, R.R.C. (2012)
?
Pretreatment of lignocellulosic biomass for the integrated Biorefinery

Harmsen, Paulien (2014)
?
Developing pretreatment & fractionation for Integrated biorefineries

Bakker, Rob (2013)
?
Advanced pretreatment and biorefinery of cellulosic biomass

Harmsen, Paulien (2012)
?
Advanced Pretreatment and biorefinery of cellulosic biomass

Harmsen, P.F.H. , Bakker, R.R.C. (2012)

Detmold, Germany