Een veelgebruikte soort plastic is PET. We maken er bijvoorbeeld flessen en kleding van. Maar voor de productie van PET zijn bouwstenen uit fossiele olie nodig. En voor groene alternatieven worden giftige stoffen gebruikt. Door een nieuwe vinding hoeft dat niet meer.
Het groen alternatief voor PET wordt gemaakt van furanen uit biomassa. Alleen, om die furanen te polymeriseren tot lange ketens zijn giftige katalysatoren nodig en een hoge temperatuur. Nu hebben RUG scheikundigen onder leiding van prof. dr. Katja Loos een enzym gevonden om deze polymerisatie uit te voeren.
Flessen van PET zijn handig voor frisdrank, omdat het de koolzuur goed binnenhoudt. ‘Maar het alternatief op basis van furan is even goed’, zegt RUG hoogleraar polymeerchemie prof. dr. Katja Loos. Furanen, zogeheten aromatische ringen met vier koolstofatomen en een zuurstofatoom, zijn te maken van suikers uit biomassa. Je kunt ze polymeriseren tot polyethyleen 2,5-furandicaboxylaat (PEF). En je kunt met furanen ook nog andere co-polyesters maken, wat plastics met verschillende eigenschappen oplevert.
Giftige metalen
De productie van furan vindt grotendeels plaats met behulp van enzymen. ‘Maar de polymerisatie gebeurt doorgaans met de processen die voor de productie van PET zijn ontwikkeld in de laatste zeventig jaar’, vertelt Loos. Daarvoor zijn katalysatoren met giftige metalen en hoge temperaturen nodig, wat niet zo milieuvriendelijk is.
Om die reden gingen Loos en haar collega’s op zoek naar een alternatief, gebaseerd op enzymen. ‘We vonden een commercieel verkrijgbaar enzym dat deze reactie kan uitvoeren’, zegt Loos. De polymeren worden gemaakt door furanen te combineren met lineaire monomeren. Dat kunnen alifatische diolen zijn, of ethyl esters. Het enzym is Candida antarctica lipase B (CALB), een lipase (vetafbreker), die esterverbindingen verbreekt. Voor de polymerisatie van furanen moet het juist een ester verbinding maken. Dat lijkt tegenstrijdig, maar dat is het niet, legt Loos uit: ‘Enzymreacties kunnen altijd twee kanten op, wij hebben dat evenwicht verschoven naar de vorming van esterverbindingen.’
In hun artikel beschrijven de onderzoekers de vorming van verschillende co-polyesters met behulp van CALB uit een aantal verschillende furanen en lineaire monomeren. Zij slaagden erin om de hoeveelheid aromatische eenheden in het polyester zo groot te maken dat het zelfs betere eigenschappen heeft dan PET. De enzymatische polymerisatie lijkt daarmee een prima alternatief voor de huidige katalytische polymerisatie. ‘In onze experimenten gebruikten we overigens ether als oplosmiddel, en dat wil je liever niet in een fabriek. Maar het smeltpunt van furanen is erg laag, dus we weten vrij zeker dat deze enzymatische polymerisatie ook in vloeibare monomeren zal werken’, aldus Loos.
Verrassend
Het is best verrassend dat niemand er aan gedacht had het CALB enzym, dat ten slotte gewoon in de handel is, te gebruiken als alternatief voor die giftige katalyse-stap. De enige verklaring die Loos kan bedenken is dat de meeste productielijnen voor polyester zijn afgestemd op de klassieke reacties, niet op het enzymatische alternatief. En het aanpassen van zo’n lijn is kostbaar. ‘Maar onze enzymatische polymerisatie is een prima alternatief voor nieuwe bedrijven die zich richten op groene alternatieve voor PET.’
Referentie: Dina Maniar, Yi Jiang, Albert J.J. Woortman, Jur van Dijken, and Katja Loos: Furan-Based Copolyesters from Renewable Resources: Enzymatic Synthesis and Properties. ChemSusChem 29 januari 2019.
Bron: RUG Sciencelinx