6. Economische rentabiliteit van processen: een belemmering?

6.1. Enzymen: natuurlijke katalysatoren

Enzymen, natuurlijke moleculen die in alle levende organismen aanwezig zijn, zijn veel specifiekere katalysatoren dan de meeste chemische katalysatoren . Ze beperken de productie van ongewenste moleculen die aan het einde van de reactie moeten worden geëlimineerd, zoals de moleculen die een ongewenste kleuring veroorzaken. Een ander voordeel is dat ze kunnen worden gebruikt in milde reactieomstandigheden: gematigde temperatuur, bijna neutrale pH, atmosferische druk.

De enzymatische reacties hebben echter bepaalde nadelen die de economische levensvatbaarheid van het proces kunnen beïnvloeden.

Allereerst zijn enzymen duurdere katalysatoren dan chemische katalysatoren. Enzymen worden immers geproduceerd door micro-organismen, gezuiverd en geformuleerd of geïmmobiliseerd om ze actiever en stabieler te maken. Om buitensporige kosten te vermijden, moet het proces geoptimaliseerd worden om de minimale dosis te vinden die voor een goede omzetting zal zorgen. Het enzym zou moeten worden gerecycleerd en bij volgende reacties worden hergebruikt. Ook het oplosmiddel zou moeten worden gerecycleerd om de kosten van het proces en de impact ervan op het milieu verder te verlagen. In dit stadium moeten de enzymatische processen zich nog bewijzen vanuit het oogpunt van hun economische levensvatbaarheid²⁵.

Ten tweede moet het rendement van de reactie (de hoeveelheid suikers van de tarwezemelen die in een product kunnen worden omgezet) hoog zijn. De enzymen die in het ValBran-project worden gebruikt (glycoside hydrolase, lipase) synthetiseren niet alleen de alkylglycosiden of de suikeresters, maar kunnen ze ook hydrolyseren (water gebruiken om ze af te breken), wat de hoeveelheid eindproduct vermindert. Dit kan worden beperkt, bijvoorbeeld door het water in de reactie op te vangen met moleculaire zeven wat ook extra kosten voor het proces meebrengt. De substraten van de reactie (tarwezemelen en vetalcohol, of suikers van de tarwezemelen en vetzuren) hebben erg verschillende fysische eigenschappen en zijn niet gemakkelijk te mengen of op te lossen in hetzelfde oplosmiddel. Dat maakt de werking van het enzym moeilijk en vertraagt de reactie (beperkingen van de massaoverdracht). Daarom speelt de keuze van het reactiemedium een grote rol tijdens de reactie. Verder zijn tarwezemelen een heterogene grondstof die niet alleen hemicellulose en cellulose bevat, maar ook andere componenten (eiwitten, liginine). Deze verbindingen kunnen door op te lossen in het reactiemedium een invloed hebben op de zuivering van de eindproducten.

In het kader van het project werden verschillende benaderingen bestudeerd om deze technologische obstakels te overwinnen . Zo werd de enzymatische synthese van suikeresters ontwikkeld in aanwezigheid van een geïmmobiliseerd enzym waardoor het tijdens verschillende productiecycli van biologische oppervlakteactieve stoffen kan worden gebruikt. In het geval van de enzymatische synthese van alkylglycosiden bestond een optimalisatie uit het terugwinnen van het alcohol die aan het einde van de reactie niet had gereageerd en deze te gebruiken bij een volgende productie van alkylglycosiden. Deze recirculatie van reagentia helpt om de operationele kosten te verlagen.

Dit obstakel betreffende de kosten kan worden overwonnen met gerichte ondersteuning en een gefinancierd onderzoek voor nieuwe formuleringen van producten. Het klaarblijkelijke voordeel voor bedrijven is de flexibiliteit van de samenstelling, voor zover een zekere prestatie kan worden gegarandeerd.

6.2. De antimicrobiële activiteiten van biologische oppervlakteactieve stoffen

Een biologische oppervlakteactieve stof kan, naast zijn oppervlakteactieve activiteit, een antimicrobiële activiteit vertonen. Deze gecombineerde activiteit, geleverd door één enkel molecuul, zou de totale kost van een formulering kunnen verminderen.

De antimicrobiële activiteiten van biologische oppervlakteactieve stoffen zijn sterk afhankelijk van hun structuur. Bepaalde biologische oppervlakteactieve stoffen (zoals mycosubtiline, geproduceerd door de Bacillus-bacterie) staan bekend om hun antischimmelactiviteit, maar hebben geen antibacteriële eigenschappen. Andere (zoals surfactine, een krachtig biologische oppervlakteactieve stof - schuimmiddel of emulgator - geproduceerd door Bacillus, en uitgebreid bestudeerd, hebben tot dusver geen duidelijk vastgestelde antimicrobiële eigenschappen.

• De biologische oppervlakteactieve stoffen van microbiële oorsprong hebben een grote verscheidenheid aan samenstellingen en structuren wegens de grote verscheidenheid aan micro-organismen met verschillende metabolismen.
• Aan de andere kant zijn de enzymatisch verkregen biologische oppervlakteactieve stoffen minder gediversifieerd wegens de hoge specificiteit van de werking van de enzymen, waardoor moleculen met een gecontroleerde samenstelling en structuur kunnen worden verkregen.

6.3. De productiekosten: het belangrijkste obstakel voor de marktgroei

« Momenteel blijven biologische oppervlakteactieve stoffen nicheproducten wegens hun beperkt concurrentievermogen in termen van kosten ten opzichte van conventionele producten. » F. Warzée, DETIC

Biologische oppervlakteactieve stoffen worden in het algemeen gebruikt in formuleringen van eindproducten waar de wijziging van een bestanddeel een impact heeft op de samenstelling en de algemene prestaties. Dit brengt extra ontwikkelingskosten met zich mee.

Deze productiekosten worden gezien als het belangrijkste obstakel voor de groei van de markt van biogebaseerde chemische producten want ze zijn nog steeds duurder dan hun tegenhangers op basis van aardolie.

Bovendien wordt de productie van bepaalde biogebaseerde producten nog steeds als riskant beschouwd voor een industrieel in termen van verkoop en investeringen in infrastructuur.

Volgens DETIC²⁶ zijn de twee grootste belemmeringen:

1. Een beperkte rentabiliteit door de lage prijs van op aardolie gebaseerde grondstoffen.
2. Een beperkte rentabiliteit van de productiecapaciteit van het biogebaseerde product: het biogebaseerde product kan niet altijd dezelfde “just-in-time” voorraadcapaciteit bieden als het op aardolie gebaseerde product. Multinationals, bijvoorbeeld, moeten honderdduizenden tonnen inslaan. Ze zullen dus moeilijkheden ondervinden om aan hun behoeften te voldoen, in tegenstelling tot kleine bedrijven.

In een recente studie meldt de JRC Science Hub²⁷ dat, om deze markt te stimuleren, verschillende beleidsinterventies kunnen plaatsvinden²⁸ :

---