Dit artikel is een initiatief van de Hbo Thematafel Sleuteltechnologieën. Doel van dit landelijke samenwerkingsverband is de impact van praktijkgericht onderzoek door hogescholen op het gebied van sleuteltechnologieën beter zichtbaar maken.

De uitdaging: meerwaarde creëren uit groen afval

In de zoektocht naar alternatieven voor fossiele olie vormt het groene afval dat mensen produceren een belangrijke en omvangrijke bron van uitgangsstoffen. In de natuur wordt dood organisch materiaal verwerkt door specifieke micro-organismen. We maken als mens sinds kort dankbaar gebruik van het natuurlijke verwerkingsproces om grote stromen GFT-afval in een gecontroleerde omgeving te vergisten. Daarbij ontstaat compost en wordt methaan geproduceerd, het zogeheten biogas.

Biogas wordt momenteel voornamelijk gebruikt als bron van energie. Tegelijk zijn er veel afvallocaties waar de vergisting niet gecontroleerd plaatsvindt en het methaan dat ontstaat in de lucht verdwijnt (ongeveer 20% van de door de mens veroorzaakte emissie). Dit is een probleem, aangezien methaan een krachtig broeikasgas is dat aanzienlijk bijdraagt aan de opwarming van de aarde.

Rudi van Hedel, projectmanager Sweco Nederland:

Methane to Materials’ is een onderwerp van maatschappelijk belang. Het is echt samen leren en samen doen. We streven ernaar het ook echt samen met de HAN in praktijk te brengen, waarbij bio(proces)technologische kennis een onmisbare schakel is.

De conversie van organisch materiaal naar methaan en van methaan naar bioplastics.

Resultaten

In het project ‘Genomics for more Biogas’ hebben de onderzoekers een eerste stap kunnen zetten voor het in kaart brengen van de samenstelling van de microbiële populatie. De vergaarde kennis wordt gebruikt voor verdere procesoptimalisatie. Op verschillende momenten in het vergistingsproces zijn zogeheten metagenoom-sequentiedata verzameld. Ten behoeve van een effectieve analyse en interpretatie is specifieke software ontwikkeld.

Op basis van een analyse van de aanwezige soorten methaanvormende organismen kon een indicatie worden gegeven van het soort methaanvormend proces in de vergisters. Daarnaast bleek de specifieke bacteriële samenstelling gerelateerd aan de aard en de fase van de vergisting en de schimmelsamenstelling gerelateerd aan de aard van het groene uitgangsmateriaal. Voor dit onderzoek werd een KIEM-VANG subsidie van Regieorgaan SIA ontvangen.

Daarnaast is onderzoek gedaan aan stortgas met een relatief laag methaangehalte, zoals dat vrijkomt uit afvalstortplaatsen als de Bavelse Berg. In het project ‘Methane to Materials’ hebben de onderzoekers gekeken of dat stortgas kan worden gebruikt voor de productie van bioplastics, specifiek polyhydroxybutyraat (PHB). Ze gebruikten daarbij fermentatie door methanotrofe bacteriën voor de omzetting van methaan naar een biopolymeer.

Op laboratoriumschaal is aangetoond dat de methanotrofen kunnen groeien op stortgas en dat ze ook PHB kunnen produceren. Dat maakt het mogelijk om koolstof te recyclen en de methaanuitstoot te verminderen, om zo een bijdrage te leveren aan een circulair ‘waste to value’-systeem. Voor dit project werd een KIEM GoChem subsidie van SIA toegekend.

Volgende stappen

De onderzoekers hebben nog de nodige bottlenecks te overwinnen. Zo zullen ze ten behoeve van economische rendabiliteit de productie moeten opschalen. Ook dient het reactorsysteem verder te worden ontwikkeld om tot een goed biofilterontwerp te komen. Daarnaast moeten ze nieuwe analytische methoden opzetten voor zuiverheidsbepaling en karakterisering van de bioplastics.

Via het projectwerk hopen de onderzoekers samen met marktpartijen kennis op te bouwen voor de grondstoffentransitie, die noodzakelijk is om de klimaatcrisis daadwerkelijk aan te pakken.

Een belangrijk uitgangspunt is om studenten van de Academie Toegepaste Biowetenschappen en Chemie van de HAN intensief bij het onderzoek te betrekken. Essentieel voor de kennisopbouw is behalve samenwerking ook de doorontwikkeling van de verschillende sleuteltechnologieën. De onderzoeksgroep hoopt daar steentjes aan te kunnen bijdragen.

Nardy Kip, docent-onderzoeker HAN-lectoraat Biobased Innovations.

Iets uitzoeken, testen, wat werkt wel en wat werkt niet. Eigenlijk de puzzel oplossen, dat vind ik zo leuk aan dit werk. En natuurlijk het resultaat in dit onderzoek. Ik kan hiermee concreet iets bijdragen aan het oplossen van een milieuprobleem.

Projectpartners

• HAN, lectoraat Biobased Innovations en Centre of Expertise (CoE) HAN BioCentre, waar het onderzoek wordt uitgevoerd door associate lectors Richèle Wind (Biobased Technology) en Christof Francke (Bio-informatica|Data Science) en onderzoekers Nardy Kip en Bram Visscher, met ondersteuning van tal van studenten.
• Wageningen Food & Biobased Research (onderdeel WUR), afdeling BBP Biorefinery & Sustainable Value Chains.
• ENKI Energy, producent van kleinschalige vergisters voor biogasproductie.
• Excellent Biogas, bouwer van biogasinstallaties.
• Afvalzorg Holding ARN, GFT-afvalverwerkingscentrale voor de regio Nijmegen.
• Sweco Nederland, onderdeel van internationaal architecten- en ingenieursadviesbureau Sweco.

Samen met diverse partners voeren onderzoekers van de HAN langjarig onderzoek uit met als doel meerwaarde te creëren uit groen afval door:

• het optimaliseren van methaanproductie
• het omzetten van natuurlijk geproduceerde methaan in duurzame producten

Concreet werken ze daaraan door:

• het bepalen van de relatie tussen de samenstelling van de micro-organismepopulatie en de methaanproductie, om zo het gecontroleerde vergistingsproces te kunnen optimaliseren
• het zoeken naar manieren om methaan om te zetten in hoogwaardigere materialen, zoals bioplastics
• het gebruiken van het methaan dat ontstaat in onze afvalbergen (‘landfills’).

Ze gebruiken daarvoor sleuteltechnologieën op het gebied van de Chemische Technologie (bioproces-, scheidings- en analytische technologie), Digitale en Informatietechnologie (data science, data analytics, bio-informatica) en Life Science & Biotechnologie (biomoleculaire en celtechnologie, biomanufacturing en bioprocessing).