1. De groeiende belangstelling van consumenten voor duurzame oppervlakteactieve stoffen
“De wereldwijde vraag naar biologische oppervlakteactieve stoffen is enorm.
Vandaag spreken we over een groei met twee cijfers.
We stellen vast dat alle bedrijven zich momenteel willen positioneren op
het gebied van duurzame producten en meer respect voor het milieu.“ F. Warzée,DETIC
1.1 Alomtegenwoordige moleculen in ons dagelijks leven
De plantaardige
chemie,
een van de belangrijkste assen van de groene chemie, floreert.
Ze speelt in op een groeiende vraag van tal van sectoren om moleculen
van petrochemische oorsprong te vervangen door hun equivalent van plantaardige oorsprong.
De oppervlakteactieve stoffen, surfactanten genaamd
(afkorting van het Engels SURFace ACTive AgeNTS) zijn moleculen uit ons
dagelijks leven waarvan de totale productie in de 28 landen van de EU in 2019
3.149.044 ton bedroeg. CESIO1 schat dat
59% van die jaarlijkse Europese productie deels biogebaseerd is2.
Volgens het onderzoekscentrum van de Europese Commissie (Joint Research Centre) vormen de oppervlakteactieve
stoffen een stabiele en volwassen sector in Europa. Deze moleculen hebben verschillende toepassingen in bijna
alle aspecten van ons dagelijks leven: oplosmiddelen, schuimmiddelen, bevochtigingsmiddelen,
dispergeermiddelen, emulgators… Ze worden daarom op grote schaal gebruikt bij de formulering van medicijnen,
cosmetica, reinigingsmiddelen, additieven voor levensmiddelen en diervoeder, agrochemische producten, verf, en
ook in milieusaneringstechnologieën, die momenteel uitgebreid worden bestudeerd.
Goed om weten
De oppervlakteactieve stoffen verminderen de oppervlaktespanning tussen twee oppervlakken, waardoor twee
aanvankelijk niet-mengbare fasen kunnen dispergeren, bijvoorbeeld lucht en water of water en olie. Deze
moleculen hebben een amfifiele structuur, d.w.z. ze zijn samengesteld uit twee delen: een hydrofoob (of
lipofiel, vetminnend) deel, de “staart”, en een hydrofiel deel, de waterminnende "kop". Een
oppervlakteactieve stof is altijd
amfifiel; maar een amfifiele verbinding is niet noodzakelijk een oppervlakteactieve stof3.
Amfifiele structuur van een oppervlakteactieve stof
Amfifiele structuur van een oppervlakteactieve stof
Oppervlakteactieve stoffen worden nog steeds grotendeels geproduceerd uit petrochemische grondstoffen. Maar
het groeiende milieubewustzijn heeft geleid tot een verschuiving naar zogenaamde oleochemische
producten,
die deels afkomstig zijn uit plantaardige oliën, die momenteel meer dan de helft van de markt
in Europa vertegenwoordigen.
Deze oleochemische producten zijn echter slechts gedeeltelijk hernieuwbaar en hoofdzakelijk
afkomstig uit gewasssen die ver buiten Europa worden geteeld4.
Oppervlakteactieve stoffen markt5
-
44%
van het marktvolume is volledig op aardolie gebaseerd en van fossiele oorsprong.
-
52%
van het marktvolume is deels afkomstig uit biomassa (oleochemische producten). Deze 52% omvat de
oppervlakteactieve stoffen van biogebaseerde oorsprong (gemiddeld 40%), d.w.z. alle oppervlakteactieve
stoffen waarvan het biogebaseerde gehalte tussen 5 en 95% ligt.
-
4%
van het marktvolume is deels afkomstig uit biomassa (oleochemische producten). Deze 52% omvat de
oppervlakteactieve stoffen van biogebaseerde oorsprong (gemiddeld 40%), d.w.z. alle oppervlakteactieve
stoffen waarvan het biogebaseerde gehalte tussen 5 en 95% ligt.
Wereldwijd vertegenwoordigen de biologische oppervlakteactieve stoffen momenteel slechts een heel klein deel
van de markt van de oppervlakteactieve stoffen. Maar deze markt krijgt alle aandacht van industriëlen en
begint terrein te veroveren.
1.2 De biologische oppervlakteactieve stoffen: populair en in trek
Recent zijn, gelijktijdig met de ontwikkeling van de bioraffinaderijen,
de volledig biologische oppervlakteactieve
stoffen entièrement
op het toneel verschenen en hun ontwikkeling maakt een sterke groei door.
In Europa, bijvoorbeeld, vertegenwoordigt de productie van oppervlakteactieve stoffen van biologische
oorsprong ongeveer 1.100 kt/jaar, terwijl die van fossiele oorsprong ongeveer 2.400 kt/jaar bedraagt, dat is
meer dan het dubbele6.
De uitdaging van de bioraffinaderijen is groot omdat ze de hernieuwbare koolstof van planten gebruiken en dus
de uitstoot van broeikasgassen beperken. Ze bieden alternatieve manieren voor het gebruik van uitputbare
fossiele bronnen. Het doel is om de bestanddelen van planten onder verschillende vormen te valoriseren:
energie, materialen en interessante moleculen (ValBiom, 2020).
In termen van fysisch-chemische eigenschappen is er geen verschil tussen een enzymatisch
verkregen biologische oppervlakteactieve stof en een microbieel verkregen biologische
oppervlakteactieve stof als de moleculen een gelijkwaardige samenstelling hebben.
De twee technologieën hebben daarentegen wel verschillende voor- en nadelen
, die later in dit verslag worden besproken.
Naast het feit dat ze gemaakt zijn uit hernieuwbare grondstoffen zijn de belangrijkste voordelen van
biogebaseerde oppervlakteactieve stoffen7 :
-
Hun lage ecotoxiteit en hun biologische afbreekbaarheid waardoor ze
interessante alternatieven zijn voor de mens en het milieu.
Goed om weten
Richtlijn
73/404/CE7
verbiedt het op de markt brengen van oppervlakteactieve stoffen waarvan de biologische afbreekbaarheid
minder dan 90 % bedraagt en bepaalde oppervlakteactieve moleculen die niet beantwoorden aan de criteria van
de
REACH-verordening8.
-
Hun vermogen om te voldoen aan de regelgeving op het gebied van veiligheid (milieu).
-
Het gebruik van goedkope grondstoffen (vetten, oliën, suikers) om ze te produceren.
-
Hun grote diversiteit aan structuren, waardoor een specifiek antwoord op een bepaalde
toepassing mogelijk is.
-
Hun betere schuimende eigenschappen, in vergelijking met op aardolie gebaseerde
oppervlakteactieve stoffen.
-
Hun bredere toepassingsgebied bij lage temperaturen, hoge pH’s en zoutgehaltes, in
vergelijking met op aardolie gebaseerde oppervlakteactieve stoffen.
-
Hun antimicrobiële eigenschappen (schimmelwerend, antibacterieel en/of antiviraal). Hoewel
niet alle biologische oppervlakteactieve stoffen betrokken zijn.
Het op de markt brengen van moleculen van plantaardige oorsprong als alternatief voor moleculen van fossiele
oorsprong creëert grote maatschappelijke uitdagingen, waaronder
de aanvaardbaarheid van biogebaseerde moleculen door de consument.
Om deze belangrijke uitdaging tegemoet te komen, dienen deze biogebaseerde moleculen aan 4 criteria te
voldoen:
1. ze mogen niet concurreren met voeding,
2. ze mogen niet meer dan 10% duurder zijn dan hun op aardolie gebaseerde
equivalenten,
3. hun eigenschappen moeten minstens gelijkwaardig zijn aan die van
hun op aardolie gebaseerde equivalenten,
4. hun impact op het milieu moet minimaal zijn.
Oppervlakteactieve stoffen vormen een groep van polyfunctionele ingrediënten, zelf onderverdeeld in vier
subgroepen. Deze classificatie wordt uitgevoerd volgens de lading die wordt gedragen door het hydrofiele deel
van de oppervlakteactieve stoffen in een waterig medium.
1. Anionische oppervlakteactieve stoffen
Anionen geven een negatieve lading (anion) af in een waterige oplossing, hun hydrofiele deel is negatief
geladen. De eigenschappen van wasmiddelen, bevochtigers en schuimers die aan anionische oppervlakteactieve
stoffen worden toegeschreven, maken ze tot sleutelingrediënten voor hygiëneproducten.
2. Kationische oppervlakteactieve stoffen
Kationen hebben een of meer functionele groepen die ioniseren in een waterige oplossing om positief geladen
organische ionen te leveren die verantwoordelijk zijn voor de oppervlakteactiviteit. Zo worden kationische
wasmiddelen gebruikt in ziekenhuizen en in de voedingsmiddelenindustrie.
3. Niet-ionische oppervlakte-actieve stoffen
De niet-ionische maken het mogelijk om meerfasensystemen zoals emulsies, suspensies en schuimen te
stabiliseren om de actieve stoffen op te lossen. Ze hebben een zeer goede huidtolerantie en worden daarom het
meest gebruikt in cosmetica.
4. Amfotere oppervlakte-actieve stoffen
Het toepassingsgebied van amfoteren is afhankelijk van de pH van de preparaten en omvat dat van andere
groepen oppervlakteactieve stoffen.
Biologisch afbreekbaarheid
Lage
ecotoxiteit
Lage toxiciteit
voor de mens
Geavanceerde eigenschappen
- Leidt vaak tot minder ecotoxiteit in vergelijking met conventionele oppervlakteactieve stoffen.
- Lagere kritische micelconcentratie.
- Biologische activiteiten (antibacteriële, schimmelwerende, antivirale, kankerbestrijding en
immunomodulatie).
Belemmeringen
- Weinig kennis van de consument over het nut en de eigenschappen van biologische oppervlakteactieve
stoffen.
- Noodzaak van ontwikkelaars van afgewerkte producten om de meerwaarde te zien van het overschakelen van
traditionele oppervlakteactieve stoffen naarbiologische oppervlakteactieve stoffen.
- Afwezigheid van een standaarddefinitie van biologische oppervlakteactieve stoffen.
- Ontwikkeling van nieuwe formuleringen: vaak nodig om de prestaties van biologische oppervlakteactieve
stoffen te optimaliseren.
- Kost van biologische oppervlakteactieve stoffen van microbiële oorsprong: in het algemeen 10 keer
hoger dan die van oppervlakteactieve stoffen van fossiele oorsprong.
- Laag rendement van de productie van microbiële biologische oppervlakteactieve stoffen en
problematische toxische bijproducten.
- Verwerking verderop in het proces van microbiële biologische oppervlakteactieve stoffen: gecompliceerd
en vereist innovatie.
Wereldwijd zijn de meest gebruikte biologische oppervlakteactieve stoffen methylestersulfonaat (MES) (33,3%),
de alkylpolyglycosiden
(25%, meer dan 100.000 t/jaar), de sorbitaan esters en de suikeresters
(ongeveer 6.000 t/jaar). Ze worden voornamelijk gebruikt in de productie van schoonmaakmiddelen (45%) en
cosmetica (bijna 11%)9.
Aandeel biologische oppervlakteactieve stoffen in producten / toepassingen in de wereld
Huishoudelijke schoonmaakmiddelen
44,6%
Cosmetica
10,8%
Industriële reinigingsmiddelen
6,7%
Voedingsmiddelenindustrie
5,8%
Op aardolie gebaseerde additieven
4,3%
Agrochemie
3,5%
Textiel
2,2%
Andere markten
22,1%
Dubbelinterview: Jacky Vandeputte, Pôle Industries & Agro-Ressources10 en Frédérick
Warzée, DETIC12
Jacky Vandeputte
Pôle Industries & Agro-Ressources
Frédérick Warzée
DETIC
Hoe beantwoordt de productie van nieuwe oppervlakteactieve moleculen aan de huidige verwachtingen van
consumenten, en bijgevolg van industriëlen?
Jacky Vandeputte : Oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt in de formulering van heel
wat producten: schoonmaakmiddelen, cosmetica, verf, fytosanitaire producten... De markt van
oppervlakteactieve stoffen vertegenwoordigt de meest ontwikkelde sector van biogebaseerde specialiteiten
met een penetratiegraad van 25%. Deze aantrekkelijkheid heeft te maken met hun positieve
imago, hun hogere biologische afbreekbaarheid en hun huidvriendelijkheid,
vooral in cosmetica (60-80%). Ze vormen een alternatief voor aardolieproducten en maken het
mogelijk om bepaalde als zorgwekkend beschouwde stoffen te vervangen door stoffen met een beter
toxicologisch- en milieuprofiel.
Frédérick Warzée : Er zijn momenteel geen statistieken voor België maar de trends zijn
vrij vergelijkbaar. Ik stel toch vast dat er
aan Vlaamse zijde een grote dynamiek is voor de ontwikkeling van biotechnologieën
. Maar over het algemeen is er in België een grote vraag naar biogebaseerde
eindproducten.
In termen van productie is de prijs van biogebaseerde grondstoffen een belemmering voor de ontwikkeling...
Vooral op het gebied van schoonmaakmiddelen.
In de cosmetica is de consument over het algemeen bereid iets
meer te betalen. Wat schoonmaakmiddelen betreft, circuleert er nog steeds een misverstand: biogebaseerde
schoonmaakmiddelen zouden minder efficiënt zijn dan hun op aardolie gebaseerde equivalenten. Dat is
natuurlijk niet waar. De consument is daarom terughoudender. Maar er vindt toch een positieve
mentaliteitswijziging plaats op dit gebied.
Is de plantaardige chemie een sector met een groot potentieel in Frankrijk, Wallonië en Vlaanderen?
Jacky Vandeputte : Nog voordat plantaardige chemie in de jaren ‘80 in de mode kwam,
hebben de regio's Grand Est en Hauts-de-France gefocust op deze sector, met de oprichting van technische
centra zoals Extractis (ex CVG) maar ook particuliere onderzoekscentra zoals ARD, die toen gewoonlijk
bioraffinaderijen werden genoemd. Naast de plantaardige chemie hebben deze twee regio’s van de bio-economie
een belangrijke pijler van hun economische ontwikkeling gemaakt.
De regio Hauts-de-France beschikt over een groot netwerk van spelers in de hele waardeketen van de
bio-economie (27.000 landbouwers, zaadfabrikanten, toonaangevende bedrijven in de sector,
concurrentieclusters, technologieplatformen), overvloedig aanwezig en gediversifieerde hulpbronnen (2
miljoen hectare landbouwgrond en 450.000 hectare bossen, een uitgestrekte kustlijn,...), maar ook sectoren
met een potentieel om echt leiderschap op te bouwen (1e Franse agrovoedingsregio, wereldleiders in de
biotechnologie, 1e regio voor de verwerking en verbetering van zeeproducten, regio die een voortrekkersrol
vervult in de insectensector...).
De bio-economie weegt steeds zwaarder door in de regionale economische ontwikkeling
sinds tussen 2014 en 2017,
voor elke euro die de Regio in de sector investeerde, 7 euro werd geïnjecteerd in de regionale
econonomie
. De bio-economie vertegenwoordigt meer dan 85.000 jobs in Hauts-de-France.
Ook de regio Grand Est heeft veel troeven om een referentiegebied op dit vlak te worden.
De regio heeft opmerkelijke biomassa (meer dan 50% van het gebied is gewijd aan de
landbouw met bijna 50.000 bedrijven, bijna 2 miljoen ha bos en 2e regio voor houtkap, topsectoren), een
gevarieerd en actief industrieel netwerk (regionale bioraffinaderijen van Pomacle-Bazancourt, Europese
hennepcluster, grote industriële namen...), erkende R&D-innovatiestructuren (IAR, CEBB, FRD...), markten
van wereldklasse en groeimarkten (landbouw/bosbouw/wijnbouw, voeding/dierenvoeder...). 111.800 jobs houden
verband met de landbouw-/voedingsmiddelensector.
Hauts-de-France en Grand Est streven beide naar Europees leiderschap in de bio-economie.
Daarom heeft de Regio Hauts-de-France in 2018 zijn Master Plan Bio-economie
goedgekeurd voor een concurrerende, duurzame sector die meerwaarde en jobs creëert. De Regio Grand Est van
zijn kant stemde eind 2019 voor een strategie waarbij de bio-economie in dienst staat van de groei en het
concurrentievermogen van de bedrijven op zijn grondgebied.
Frédérick Warzée : Ook in België is het potentieel aanzienlijk. Het land - in het
bijzonder Brussel - heeft een groot voordeel: het telt veel Europese hoofdkantoren van multinationals die
overstappen op biogebaseerde producten. Tegelijkertijd slagen verschillende Belgische kmo’s erin te
concurreren met de grote groepen door zich op de markt van de groene chemie te richten.
In welk opzicht is de aanpak van het ValBran-onderzoeksproject innovatief?
Jacky Vandeputte : Er is al een heel assortiment biogebaseerde oppervlakteactieve
stoffen (suikeresters, APG’s, lipo-aminozuren...). De regio Grand Est heeft tien jaar geleden geïnnoveerd
met de ontwikkeling van de eerste oppervlakteactieve stoffen op basis van tarwezemelen en de oprichting
van het bedrijf Wheatoleo. Het ValBran-project wil de in tarwezemelen overvloedig aanwezige
polysacchariden (cellulose en hemicellulose) valoriseren onder de vorm van oppervlakteactieve moleculen.
Het innovatieve karakter ervan hangt samen met de
ontwikkeling van een biotechnologieproces en het gebruik van enzymen om niet alleen de suikers te
fractioneren, maar ook om oppervlakteactieve stoffen te ontwikkelen en te functionaliseren
. Het doet een beroep op een hele resem van processen en in het bijzonder op
scheidings-/zuiveringsprocessen om nieuwe, orginele structuren te ontwikkelen voor toepassingen zoals
voeding (levensmiddelenadditieven), schoonmaakmiddelen, cosmetica maar ook fytosanitaire producten.
Frédérick Warzée : Dit project speelt in op de belangen van industriëlen. Immers
op korte tot middellange termijn (5-10 jaar) verwachten we dat de Belgische en Franse bedrijven het
petrochemische zullen verlaten en zich zullen richten op de biomassa, met een voorkeur voor
landbouwafval en alles wat samenhangt met voeding.
De industriëlen zijn zich ervan bewust dat de landbouw zich richt op de massaproductie van
levensmiddelen om aan de wereldwijde vraag te voldoen.
De productie van oppervlakteactieve stoffen op
basis van voedselafval wordt dus zeer interessant
.
Interview: Dr. Boris Estrine, Agro-industrie Recherches et Développements13
Dr. Boris Estrine
Agro-industrie Recherches et Développements
Waarom is de productie van oppervlakteactieve stoffen uit agrarische bijproducten zoals tarwezemelen
interessant?
Ons onderzoek naar het gebruik van agrarische bijproducten zoals tarwezemelen of tarwestro begon rond
1996 en resulteerde in de oprichting van een dochterbedrijf voor de verkoop van onze oppervlakteactieve
stoffen in 2010.
In het licht van de groeiende vraag naar duurzame oppervlakteactieve stoffen, interesseert ARD zich enorm
in het gebruik van natuurlijke hulpbronnen die weinig of slecht worden benut. Dankzij landbouwoverschotten
en bijproducten kunnen we oppervlakteactieve stoffen produceren met een zeer lage impact op het milieu,
vooral door hun herkomst (continentaal Europa).
Wat zijn de innovatie-uitdagingen in uw vakgebied?
De productie van efficiënte en goed werkende oppervlakteactieve stoffen is onze prioriteit. Zodra de
oppervlakteactieve stof is gevalideerd, moeten we ervoor zorgen dat ze een lage ecotoxiteit heeft om aan
de huidige verwachtingen van de klant te voldoen. Voor ons is de combinatie van die twee criteria de
belangrijkste motor voor innovatie.
Evolueert de reglementering in de richting van een ontwikkeling van biogebaseerde oppervlakteactieve
stoffen en nieuwe technologieën om ze te produceren?
Ja en nee. Dankzij de IVE-verordening konden we een stap zetten in de richting van meer aanvaardbare
moleculen op het gebied van toxiciteit, zonder echter een gerichtheid op een plantaardige oorsprong
mogelijk te maken die beter wordt gerealiseerd dankzij het Écocert-label en ECOLABEL. De uiteindelijke
keuze ligt hoe dan ook bij de consument die, door te kiezen voor producten met een label, de ontwikkeling
van biogebaseerde oppervlakteactieve stoffen bevordert.
Op het gebied van technologie, is het eerder het bedrijf dat beslist. Het is het bedrijf dat de knowhow
van groene chemie en fermentatie bezit. Het bedrijf zal daarom de productiemethode kiezen, bijvoorbeeld
fermentatie, afhankelijk van de economische raming van de productiekost, gecombineerd met de LCA-raming
van de ecologische impact van deze technologie (zie hoofdstuk 3).
1 European Committee of Organic Surfactants and their Intermediates (CESIO).
2 De Cooman C, 2020
3 Larpent C, 2020
4 JRC, 2019
5 Roelants S. et Soetaert W., 2021
6 RoadToBio, 2019
7 RoadToBio, 2019
8 Artikel 2 van de Richtlijn van de Europese Raad van 22 november 1973
(73/404/CEE) bepaalt dat: “De Lidstaten verbieden het op de markt brengen en het gebruiken van detergentia,
wanneer de gemiddelde biologische afbreekbaarheid van de daarin aanwezige oppervlakteactieve stoffen minder
dan 90% bedraagt voor elk van de volgende categorieën: de anionactieve, de kationactieve, de niet-ionische
en de amfolitische oppervlakteactieve stoffen. Het gebruik van oppervlakteactieve stoffen waarvan de
gemiddelde graad van biologische afbreekbaarheid ten minste 90% bedraagt, mag bij normaal gebruik geen
schade berokkenen aan de gezondheid van mens of dier.”
De REACH-verordening (registratie, beoordeling, autorisatie en beperking van chemische stoffen) biedt
een
alomvattend wetgevingskader voor de productie en het gebruik van chemische stoffen in Europa. Op 1 juni 2007
trad de wetgeving REACH in werking.
9 RoadToBio, 2019
10 IAR is de Franse bio-economie cluster, actief in Europa en internationaal.
11 DETIC is de Belgisch-Luxemburgse vereniging van producenten en distributeurs
van cosmetica, schoonmaakmiddelen, onderhoudsproducten, lijmen en mastieken, biociden en aerosolen.
12 Als deskundige in de chemische extractie van plantaardige eiwitten en
proactief in de valorisatie van bijproducten, werkt het Franse bedrijf ARD (Grand Est) voornamelijk op
akkerbouwgewassen, speciale gewassen, agro-industriële bijproducten (o.a. tarwezemelen) en oogstresten.
Afhankelijk van de gebruikte processen en de plant kunnen de verkregen producten in verschillende sectoren
worden gebruikt.
13 De IVE-verordening (in het Engels: CLP - Classification, Labelling, Packaging)
verwijst naar Verordening (EG) nr. 1272/2008 van het Europees Parlement betreffende de indeling,
etikettering en verpakking van chemische stoffen en mengsels.