naar top
Menu
Logo Print
17/09/2018 - VALÉRIE COUPLEZ

BIO BASE EUROPE PILOT PLANT TOONT DE WEG VAN GRAMMEN NAAR TONNEN

Bio Base Europe Pilot PlantKennismaking met deze open innovatie pilootfabriek

De eindigheid van fossiele grondstoffen maakt dat Europa zich de komende decennia wil focussen op een biogebaseerde economie. Dat België in het algemeen en Gent in het bijzonder wereldwijd op de kaart staan wat biotechnologie betreft, heeft veel te maken met de aanwezigheid van Bio Base Europe Pilot Plant in de Gentse haven. Dankzij deze pilootfaciliteit kan men immers sneller en goedkoper de stap zetten van labowerk naar industriële toepassingen. Bedrijven van over de hele wereld komen er over de vloer om de biogebaseerde economie in een stroomversnelling te brengen.

 

Bio Base Europe Pilot Plant (© Fille Roelants Photography)
© Fille Roelants Photography

ECONOMISCH POTENTIEEL BENUTTEN

In 2010 opende Bio Base Europe Pilot Plant, gevestigd in de North Sea Port te Gent, zijn deuren met één duidelijke doelstelling. De onderzoekinfrastructuur stelt zich volledig ten dienste van kmo's, grote bedrijven, onderzoeksinstellingen, onderzoeksprojecten … actief in de biogebaseerde economie die ondersteuning kunnen gebruiken bij het opschalen van hun processen. De drijvende kracht achter dit project is prof. dr. ir. Wim Soetaert, die het economische potentieel van onderzoek meer wilde benutten. Met een pilootfaciliteit, voorzien van flexibele machines en apparatuur en de nodige kennis en expertise, zou de stap van laboprocessen naar industriële toepasbaarheid een stuk sneller, eenvoudiger en goedkoper moeten worden. Zijn idee bleek een schot in de roos. Op het moment van schrijven stelt Bio Base Europe Pilot Plant al zeventig mensen tewerk en werkt men volop aan een eerste grote uitbreiding van de faciliteit om de stijgende vraag naar procesontwikkeling en opschaling de baas te kunnen.

 

Dr. ir. Frederik De Bruyn,   business development manager    Bio Base Europe Pilot Plant te Gent
Dr. ir. Frederik De Bruyn, business development manager Bio Base Europe Pilot Plant te Gent

UITDAGENDE VERTAALSLAG

Dr. ir. Frederik De Bruyn is er aan de slag als business development manager en is voortdurend op zoek naar mogelijke samenwerkingen. Die bestaan uit bilaterale, private samenwerkingen met bedrijven of onderzoeksinstellingen, maar ook uit actieve deelname aan Europese of regionale onderzoeksprojecten.

“De kernfilosofie van Bio Base Europe Pilot Plant is dat we de kennis uit fundamenteel onderzoek willen helpen omzetten naar een economische realiteit”

De Bruyn: “De kernfilosofie van Bio Base Europe Pilot Plant is dat we de kennis uit fundamenteel onderzoek willen helpen omzetten naar een economische realiteit. De missing link tussen het baanbrekende onderzoek aan universiteiten of kennisinstellingen, en innovatie in bedrijven bleek net de opschaling te zijn. Het ontbreekt bedrijven, zeker kmo's en start-ups, vaak aan de middelen om laboprocessen op te schalen tot technisch en economisch haalbare processen. Niet alle labohandelingen zijn zomaar één op één te vertalen naar industriële apparatuur. Andere producten vragen dan bijvoorbeeld weer om volledig andere veiligheidsvoorschriften wanneer ze in grote hoeveelheden geproduceerd worden. En bovenal moet je altijd de productiviteit en het prijskaartje voor ogen houden. Dat zijn belangrijke uitdagingen. Door een beroep te doen op onze apparatuur en kennis, kunnen bedrijven deze moeilijke fase versnellen. Het vereist tot twintig keer minder kapitaal en kort de marktintroductietijd met 2,5 tot 5 jaar in. Dat maakt ons een zeer interessante partner."

 

gasfermentatie

GASSEN UIT STAALOVENS OMZETTEN IN BIO-ETHANOL

Een van de projecten waar Bio Base Europe Pilot Plant een belangrijke rol in speelt, is gasfermentatie.

De Bruyn: “Om de hoek bevindt zich één van de grootste staalproducenten ter wereld: ArcelorMittal. Het maken van staal brengt bijzonder veel syngas (en dus CO2) voort, dat momenteel verbrand wordt om er elektriciteit uit te genereren. Met vooruitstrevende projecten zoals BIOCON-CO2 en Steelanol wordt een betere valorisatie mogelijk gemaakt van die gassen door middel van gasfermentatie. Daarbij wordt gebruikgemaakt van bijzondere bacteriën die syngas kunnen omzetten in ethanol of andere, complexere moleculen zoals hydroxypropaanzuur of vertakte alcoholen. Dat vergt zowel een zeer complexe biotechnologische engineering van die bacteriën als het overwinnen van alle fysicochemische barrières zoals gastransfer. ArcelorMittal nam het voortouw om die innovatieve technologie te omarmen en startte met de bouw van een grote gasfermentatie-installatie in de haven van Gent die operationeel moet zijn tegen het midden van 2020. Het beoogde resultaat: een ethanolproductie van 80 miljoen liter en een betekenisvolle reductie van de CO2-uitstoot van de staalreus. Een baanbrekend project waarnaar de hele wereld meekijkt."

VALLEY OF DEATH

Tussen het labo en de industriële werkvloer ligt, zeker voor industriële biotechnologie en de biogebaseerde economie in het algemeen, de zogenaamde valley of death.

“Dat domein heeft nog altijd af te rekenen met een onzeker politiek klimaat en vele technologische uitdagingen, wat investeringen niet altijd in de hand werkt", geeft De Bruyn toe. Toch is de tijd er rijp voor volgens De Bruyn. “De Vlaamse regering identificeerde de omslag naar een circulaire economie als één van de voornaamste transities voor de komende decennia. We beschikken zelf over heel weinig natuurlijke grondstoffen. Willen we herindustrialiseren en energieonafhankelijkheid nastreven, dan zullen we in de toekomst meer moeten vertrekken vanuit hernieuwbare grondstoffen en schone technologieën. Industriële biotechnologie is daartoe onontbeerlijk. Europa heeft zich dan ook tot doel gesteld om haar economie tegen 2050 voor de helft biogebaseerd te maken. De keuze om ons toe te leggen op processen die biomassa omzetten in geraffineerde eindproducten kwam er dus niet zomaar. Onze locatie hier in de haven van Gent evenmin. Niet alleen kunnen allerlei grondstoffen ons makkelijk bereiken, we bevinden ons tegelijk in het hart van de Belgische bio-energiesector. De voornaamste bioraffinaderijen zijn rondom ons gesitueerd. We zitten dus te midden van de actie", vertelt De Bruyn met een knipoog.

 

FOCUS OP WITTE BIOTECHNOLOGIE

Onder de paraplu van biotechnologie vallen een hele resem toepassingen en processen. Een eerste groot onderscheid deelt de discipline op in drie takken.

"Witte biotechnologie maakt gebruik van micro-organismen of delen daarvan zoals enzymen om chemische stoffen, materialen en energie te produceren uit hernieuwbare grondstoffen"

“Rode biotechnologie omvat de medische toepassingen van biotechnologie voor het ontwikkelen van geneesmiddelen, vaccins ... Groene biotechnologie associëren mensen vooral met genetisch gemanipuleerde gewassen. Vlaanderen geniet in beide disciplines al wereldwijd bekendheid. Bio Base Europe Pilot Plant legt zich vooral toe op witte biotechnologie. Volgens de definitie maakt witte biotechnologie gebruik van micro-organismen of delen daarvan zoals enzymen om chemische stoffen, materialen en energie te produceren uit hernieuwbare grondstoffen."

Industriële biotechnologie mag dan brandend actueel zijn, toch is het gegeven niet helemaal nieuw.

De Bruyn: “Fermentatieprocessen, zoals we die nog steeds kennen voor het maken van kaas, wijn en bier, dateren reeds van 6000 v.Chr. Vandaag hebben we echter een beter begrip van hoe we de bacteriën, algen, gisten en schimmels kunnen gebruiken, en we die verder kunnen benutten om allerlei andere interessante moleculen te maken voor toepassing in zowat alle industriële sectoren. Die 'superbugs van de 21e eeuw' hebben het ondertussen mogelijk gemaakt om bulkchemicaliën zoals bioplastics en biobrandstoffen aan te maken, maar ook courante fijnchemicaliën zoals geurstoffen, kleurstoffen en antibiotica."

 

Bioreactor (fermentor) in de Bio Base Europe Pilot Plant
Bioreactor (fermentor) in Bio Base Europe Pilot Plant

HOOGWAARDIGE MOLECULEN

Hoewel het productieproces (onder andere via fermentatie) wezenlijk verschilt van een chemische reactie, zijn er toch veel gelijkenissen. Veel unit-operations die worden gebruikt in de klassieke (petro)chemische sector, verschillen niet van de stappen die gebruikt worden om biogebaseerde moleculen op te zuiveren. Denken we maar aan processtappen zoals destillatie, kristallisatie, extractie of filtratie. Bovendien lenen biogrondstoffen zich in vele gevallen veel beter tot de productie van bepaalde moleculen. De natuur, en zeker ook superbugs, zijn goede chemici die op basis van bijvoorbeeld tafelsuiker uiterst complexe verbindingen kunnen produceren. 
Om alle ontwikkelingen binnen de bio-economie te kunnen ondersteunen, spitst Bio Base Europe Pilot Plant zich toe op vijf kerntechnologieën: voorbehandeling van biomassa, biokatalyse, fermentatie, groene chemie en downstream processing.

"Vooral in de voedingsindustrie, van oudsher sterk vertegenwoordigd in België, is er een grote interesse in hoogwaardige, biogebaseerde moleculen. Denken we maar aan biokleurstoffen, probiotica, prebiotica of natuurlijke zoetstoffen."

“Voor elk van die technologieën ondersteunen we bedrijven met procesontwikkeling, opschaling en productie op maat, en dat in verschillende sectoren. Dat we vooral ingeschakeld worden om hoogwaardige producten te helpen ontwikkelen in plaats van bulkgoederen, heeft alles te maken met het kostenplaatje. Om bijvoorbeeld biobrandstoffen zoals ethanol te maken uit suiker, zijn de marges heel dun, en is schaalvoordeel zeer belangrijk. Bovendien is dat al een heel mature productie. Opschaling van nieuwe, biogebaseerde geur- of kleurstoffen (die vaak een marktprijs hebben van meer dan 10 euro per kg) komt dan ook frequenter voor. Vooral in de voedingsindustrie, van oudsher sterk vertegenwoordigd in België, is er een grote interesse in hoogwaardige, biogebaseerde moleculen. Denken we maar aan biokleurstoffen, probiotica, prebiotica of (natuurlijke) zoetstoffen."

 

Bioprocessing piloothal en apparatuur in de Bio Base Europe Pilot Plant
Bioprocessing piloothal en apparatuur in Bio Base Europe Pilot Plant

OVERZICHT APPARATUUR

De sterkte van Bio Base Europe Pilot Plant ligt in de aanwezigheid van uiteenlopende flexibele apparatuur. Die eenheidsoperaties kunnen in een paar uur tijd als legoblokjes aan elkaar geschakeld worden om een volledige proceslijn op maat van de klant na te bootsen en te valideren.

De Bruyn: “Door die flexibiliteit kunnen we heel makkelijk de effecten van een wijziging in het proces nagaan, de bottlenecks identificeren en de best mogelijke verbeteringen aanbrengen. Strategisch basisonderzoek zal altijd een voorwaarde voor wetenschappelijke vooruitgang blijven, maar we moeten ook sneller kunnen overgaan naar een reality check. Die validatie maken wij mogelijk door de brede waaier aan procesapparatuur die we ter beschikking stellen, in combinatie met de knowhow van onze mensen."

  • Voorbehandeling van biomassa: stoominjectie, zure, basische, en organosolv voorbehandeling, enzymatische hydrolyse, verschillende vast-vloeistofscheidingsmogelijkheden …
  • Biokatalyse: waterige, tweefasige en driefasige systemen in reactoren tot 50 m³, wholecellbiokatalyse of immobilisatie van enzymen …
  • Fermentatie: van laboschaal (10 l) tot pilootschaal (15 m³), ervaring met bacteriën, gisten, en schimmels, aeroob en anaeroob, en unieke apparatuur voor gasfermentatie …
  • Groene chemie: verschillende chemische reactoren tot 6 m³ voor extracties, destillaties, omzettingen onder druk of verhoogde temperatuur, filterdroger, conische droger, continue vloeistof-vloeistofextractie, solventgebaseerde kristallisaties …
  • Opzuiveringsapparatuur (downstream processing): diverse vast-vloeistofscheidingsapparatuur zoals centrifuges, decanters en filters, ionenuitwisselaars, membraanfiltratie (micro-, ultra- en nanofiltratie), waterige kristallisatie, evaporatie en droogmogelijkheden …

HEILIGE GRAAL

Dat er bijzonder veel potentieel in de bio-economie zit, staat als een paal boven water. Stel je voor dat we een deel van ons afval kunnen omzetten in veelzijdige moleculen zoals alcoholen, zuren en amines die op zich weer bouwstenen kunnen zijn voor bijvoorbeeld polyesters of polyamides.

“De opzuiveringskost van biogebaseerde producten is vaak 60 à 70% van de totale kost. Het vinden van goedkope, efficiënte en geïntegreerde opzuiveringsprocessen is dan ook wereldwijd nog steeds een 'hot topic'. Net hier bevindt zich het grootste kruisvlak tussen klassieke procestechnologie en biotechnologie"

“Een ambitieus klimaatplan kan niet zonder een bio-economie. Biotechnologie is een krachtig hulpmiddel om de stap te kunnen zetten naar zero waste en CO2-neutraliteit. Het kan bovendien door elke regio apart ingekleed worden, in functie van de grondstoffen die lokaal aanwezig zijn en het logistieke netwerk errond. Maar vooraleer het zover is en we deze circulaire, biogebaseerde economie kunnen waarmaken, zullen we nog een aantal technologische drempels over moeten. En net daarin kan Bio Base Europe Pilot Plant een belangrijke rol spelen. De heilige graal die gezocht wordt, is een proces om complexe biomassa op een goedkope manier te kunnen voorbehandelen, zodat cellulose, hemicellulose en ligninestromen met een zeer grote zuiverheid op een economische manier worden bekomen (bijvoorbeeld het Zambezi-proces van Avantium).

Daarbovenop gebeuren er momenteel ook veelbelovende ontwikkelingen op het vlak van een zogenaamde C1-economie: CO2 als wereldwijd voornaamste afvalgas (bio)katalytisch omzetten in brandstoffen en chemicaliën. Met gasfermentatie kunnen we bijvoorbeeld laagwaardig CO2 of syngas omzetten in een waaier aan producten. Ten derde wil ik ook de mogelijkheden in downstreamprocessing (opzuivering) aanstippen. De opzuiveringskost van biogebaseerde producten is vaak 60 à 70% van de totale kost. Het vinden van goedkope, efficiënte en geïntegreerde opzuiveringsprocessen is dan ook wereldwijd nog steeds een 'hot topic'. Net hier bevindt zich het grootste kruisvlak tussen klassieke procestechnologie en biotechnologie."

 

OP DE EERSTE RIJ

Het team van Bio Base Europe Pilot Plant houdt ook zelf de vinger aan de pols van de nieuwe generatie technieken voor betere opbrengsten en hogere zuiverheden. Dat is voor De Bruyn één van de elementen in zijn job die voor de meeste voldoening zorgen.

“Artificiële fotosynthese, meer performante superbugs, gasfermentatie, power to chemicals, de opslag van energie … Het onderzoek staat niet stil. Net omdat we een 'open innovatie'-pilootfaciliteit zijn, komen hier per definitie veel start-ups over de vloer. We leren niet alleen elke week iets nieuws, we zitten ook op de eerste rij van wat er beweegt in de sector van de biogebaseerde economie en biotechnologie. Met Bio Base Europe Pilot Plant kunnen we een steentje bijdragen tot de acceleratie van de transitie naar de biogebaseerde economie. Elke opschaling is anders en dat vergt een heel specifieke benadering. Het is nooit een lineair proces. We moeten geregeld terug naar de tekentafel en het oorspronkelijke proces in het labo herdenken om het praktisch toepasbaar te maken op grote schaal. Niet alles is overigens opschaalbaar, toch niet als je de kosten onder controle wil houden. Maar als het lukt, dan zie je de projectofferte die je maanden of jaren eerder hebt opgesteld, tot leven komen als een nieuw product op de markt. En dat product draagt dan nog een steentje bij tot een betere wereld. Mooi toch." 

 

 

prof. dr. ir. Wim Soetaert
prof. dr. ir. Wim Soetaert, Professor industrial biotechnology UGent, directeur Bio Base Europe Pilot Plant

WIE IS PROF. DR. IR. WIM SOETAERT?

Bio Base Europe Pilot Plant is het geesteskind van prof. dr. ir. Wim Soetaert. Hij mag zich een wat atypische professor noemen, want na zijn doctoraatsstudie verkoos hij een carrière binnen de industrie boven een academisch leven. Maar na meer dan tien jaar in de industrie in het buitenland keerde hij terug naar de heimat om professor in de industriële biotechnologie te worden aan de UGent. Onder zijn leiding groeide de onderzoeksgroep InBio uit tot een referentie voor industriële biotechnologie. Maar de honger was nog niet gestild.

“Ik vond het frustrerend dat zoveel goede ideeën in de academische schuif bleven liggen en nooit hun weg vonden naar reële toepassingen.

Wim Soetaert: “Ik vond het frustrerend dat zoveel goede ideeën in de academische schuif bleven liggen en nooit hun weg vonden naar reële toepassingen. Ik was trouwens niet de enige. Intussen heeft ook Europa het geweer van schouder veranderd en krijgt toegepast onderzoek een groter deel van de subsidiekoek. Waar het echt aan ontbrak om die stap te zetten, was een proefinstallatie. Een dergelijke pilootfabriek in Gent opbouwen, dat was een uitdaging waar ik mijn schouders onder wilde zetten, want het zet Gent binnen de biogebaseerde economie wereldwijd op de kaart. Bio Base Europe Pilot Plant werd opgebouwd in een leegstaande brandweerkazerne in de haven, die we met veel tijd en bloed, zweet en tranen en 21 miljoen euro Europese en Vlaamse steun wisten om te bouwen tot het succes dat het vandaag is. Heel de wereld komt hier over de vloer om hun biogebaseerde ontwikkelingen op te schalen. Maar we mogen in Vlaanderen allerminst op onze lauweren rusten. Innovatie is het sleutelwoord om de industrie hier blijvend te verankeren en de chemische industrie van de toekomst zal voor een groot deel biogebaseerd zijn."