Innovatie? Kijk naar de natuur

Fossiele brandstoffen raken op. Tijd om naar alternatieven te zoeken. Maar waar vind je die? In de natuur, zegt DSM. „Ecosystemen die miljoenen jaren zijn gevormd, vormen het toppunt van duurzaamheid.”

Dat het nabouwen van een mottenoog de meest efficiënte zonnecellen oplevert, is splinternieuwe kennis. Ook net ontdekt: een lotusbloem verschaft ons inzicht om verf te maken die onovertroffen water- en vuilafstotend is. De natuur als voorbeeld van hoe het moet. Zij ligt er al miljoenen jaren, maar pas nu begint de mens er gebruik van te maken.

„We zijn honderd jaar lang in slaap gesust door de overvloedige aanwezigheid van fossiele brandstoffen”, zegt dr. Volkert Claassen van het DSM-concern, een van de voorlopers als het gaat om natuurnabootsing. „Nu de schaarste aan olie en gas duidelijk wordt, moeten we spoedig alternatieven vinden.

„Alternatieven die tevens duurzaam zijn, want de schaarste drukt ons ook met de neus op het feit dat het kwistige gebruik van fossiele brandstoffen een groot klimaatprobleem tot gevolg heeft. De natuur biedt ons die alternatieven. De in miljoenen jaren gevormde ecosystemen vormen het toppunt van duurzaamheid. Reden te meer om die rijkdom, biodiversiteit, te koesteren en te behouden.”

Claassen leidt het onderzoek naar de technische en commerciële haalbaarheid van het gebruik van micro-organismen bij de productie van biobrandstoffen en –chemicaliën (in jargon: witte biotechnologie). Volgens Claassen hebben we nog amper een idee welke mogelijkheden de natuur ons biedt.

„We staan aan het begin van die ontwikkeling. Ik denk dat 95 procent van de microbiële biodiversiteit ons onbekend is. De mens heeft lang gedacht dat hij slimmer is dan de natuur en dat zelf sleutelen de oplossing is voor vele vraagstukken. Nu we oplossingen voor bijvoorbeeld het energievraagstuk nodig hebben, kijken we met steeds meer belangstelling naar de natuur.”

De mens maakt al duizenden jaren gebruik van micro-organismen als gisten en bacteriën, bijvoorbeeld bij het bakken van brood en het brouwen van bier. De ontdekking daarvan was toeval, het berustte niet op kennis. De sprong werd pas gemaakt in de jaren tachtig van de vorige eeuw, toen kennis van micro-organismen als bacteriën en enzymen en hun DNA fors toenam.

Claassen: „We kenden enzymen wel en we hadden ook een idee dat we ze konden gebruiken. In wasmiddelen bijvoorbeeld. Lastig was het wel, want dan praat je over speciale omstandigheden met hoge en lage temperaturen en een alkalisch klimaat – met veel loog/bleek om te reinigen. Met de ons bekende enzymen ging dat niet, dus moesten we zoeken naar andere bronnen.

„Uiteindelijk kwamen we uit bij soda-meren in Kenia. Daar ontdekten we enzymen die gedijen in wasmachine-omstandigheden. Dat was voor het eerst dat mentaal de knop om ging: vooral niet zelf experimenteren, maar meer om je heen kijken. Oplossingen zijn voorhanden, zo blijkt steeds vaker. Simpele aanpassingen kun je in laboratoria doen, maar voor ingewikkelde zaken kijken we steeds meer naar de natuur.”

Toch lagen die zoektochten in de jaren tachtig, negentig nog niet heel erg voor de hand. De prikkel voor bedrijven om te innoveren ontbrak. De olieprijs was nog laag en het besef van het klimaatprobleem was nog niet algemeen. Dat is pas in de laatste tien jaar veranderd.

Claassen: „Nu de prikkel er is verwacht ik grote doorbraken. DSM is goed toegerust om daarin voorop te lopen. Door onze focus op fijnchemie waren we al bezig met biotechnologie. Door de overnames van Gist-brocades (1998) en de vitaminepoot van Roche (2002) hebben we veel kennis van gisten, enzymen en vitamines in huis gehaald. Door de koppeling van al die kennis zijn we sinds een jaar of vijf bezig met de transitie van chemische processen gebaseerd op aardolie naar een proces dat werkt met hernieuwbare bronnen, plantenafval vooral. Daardoor krijgen we nu te maken met landbouw. Dat is een hele nieuwe wereld voor ons.”

Het gaat daarbij om het maken van brandstoffen en materialen uit plantenafval en bomen. Claassen: „We kunnen ethanol maken uit plantenresten. Ethanol is een biologische brandstof die in principe onbeperkt geproduceerd kan worden. We maken ook plastics uit biologisch materiaal die CO2-neutraal zijn. Of we zetten suikers uit plantenresten met behulp van enzymen om in ingewikkelde producten als barnsteenzuur. Dat zuur is een van de bouwstenen om geneesmiddelen of verpakkingsmaterialen te maken. Tot op heden is barnsteenzuur chemisch gemaakt. Daarbij komt kooldioxide vrij: nu we het biologisch produceren gebruiken we juist CO2.”

Claassen wijst naar buiten, naar het terrein van het voormalige Gist-brocades in hartje Delft. „Daar werd een werkzame stof gemaakt voor bepaalde penicillines – cefalosporines. Dat was een ingewikkeld chemisch proces. Nu kunnen we dertien lastige stappen overslaan door micro-organismen met de juiste enzymen in te zetten. Gevolg: 65 procent minder energie en materialen nodig en dat brengt de kosten met de helft terug. Zoiets trekt veel bedrijven. Het is duurzaam, maar ook fors goedkoper. Die twee gaan vaak samen, als je er maar goed over nadenkt.”

Deze wetenschap en de groeiende druk van makers van consumentenartikelen om duurzamer te produceren, zullen volgens Claassen de push geven om flink aan de bak te gaan. „De biologische productie van barnsteenzuur is rijp om opgeschaald te worden: van honderden tonnen naar tienduizenden tonnen.

„Dat doen wij niet in ons eentje. We werken samen met het Franse bedrijf Roquette om een raffinaderij neer te zetten midden in een landbouwgebied. Dan heb je geen gesleep met grondstoffen en de reststoffen kunnen weer op het land gebruikt worden. Korte lijnen en een gesloten kringloop dus, gebaseerd op inspiratie uit de natuur.”

Is de kennis die wordt opgedaan door te kijken naar de natuur altijd perfect? Claassen vindt die vraag lastig te beantwoorden. „Ik denk niet dat je dat zo een op een kunt zeggen. Als wij kijken, zien we het resultaat van een langdurig proces van duizenden en duizenden jaren, de evolutie. Als we begrijpen wat er gebeurt, kunnen wij dat toepassen in onze productieprocessen en zijn we in staat om die te versnellen.”

Overtuigd als DSM is dat het maken van brandstof en andere materialen met behulp van enzymen, gisten en bacteriën de nieuwe weg is, heeft het concern tientallen miljoenen euro’s geïnvesteerd in onderzoek en ontwikkeling. Kan het bedrijfsleven zo’n nieuwe ontwikkeling alleen behappen?

Claassen: „Duurzaamheid is een van de pijlers van ons bedrijf. Uit wind en zon maak je energie, maar geen materialen. Daar heb je koolstof voor nodig. Technologisch is er geen horde meer, maar zo’n bioraffinaderij waar ik het over had kost wel een half miljard euro. Dat kan geen enkel bedrijf alleen trekken. We zullen moeten samenwerken, qua kennis, qua financiën, ook over sectorgrenzen heen.

„Zo’n duurzame, op planten en biotechnologie gebaseerde economie is in het belang van de hele samenleving. Daar hangt straks onze welvaart van af. Het kan niet anders dan dat nationale overheden en de Europese Unie daarin een rol spelen: door een duidelijke keuze voor zo’n economie te maken en daar ook consistent aan vast te houden.

„Zij moeten partijen bij elkaar brengen en waar nodig subsidies geven, zeker om van de ontwikkelingsfase op te schalen naar een werkbare en rendabele omvang. Wij staan vooraan en lopen daarom een risico, maar het is toch lekker als je een steuntje in de rug krijgt.”

Dat wetenschap niet zelden afhankelijk is van het toeval, laat een vondst in een Zwitserse composthoop mooi zien. Op die hoop groeide een schimmel die een bacterie bevatte waarmee bomen versneld kunnen worden afgebroken. Die vondst, al begin jaren zestig gedaan, werd in de jaren negentig door DSM gekocht en in een databank opgeslagen, in de verwachting er ooit gebruik van te kunnen maken. Pas toen DSM recent ging zoeken naar micro-organismen die plantenresten versneld kunnen afbreken, om er uiteindelijk biobrandstoffen mee te maken, stuitte men weer op de bacterie uit de databank.

In het DSM-laboratorium in Delft laat onderzoeker Jan Smits potjes zien met allerlei soorten plantenresten. Dat verschilt van gewone maïskorrels tot kolfresten en houtsnippers van bomen. In een ander hoekje wordt getest hoe snel de verschillende plantenresten reageren op de afbraak door enzymen waardoor de suikers vrijkomen die uiteindelijk de brandstof ethanol vormen. „Brandstof gemaakt van voedsel gaf veel discussie. Die maïskorrels kunnen niet meer. Daarom zijn we gaan zoeken naar manieren om plantenafval als grondstof te gebruiken. Dat was wel een probleem omdat afval ook andere suikers bevat waar we lang niet bij konden komen.”

Plantenafval bevat cellulose (44 procent), lignine (26 procent) en hemicellulose (30 procent), doceert Smits. „Cellulose is de plantenkern, hemicellulose zit er omheen en lignine zorgt voor de stevigheid. Zowel in cellulose als hemicellulose zitten suikers, in cellulose C6-suiker en in hemicellulose C5-suikers, naar gelang het aantal koolstofatomen. Die suikers komen niet vanzelf vrij; daarvoor heeft de natuur zich effectief gewapend in de loop van de evolutie.

Maar hier komt die schimmel uit de composthoop weer terug. De schimmel produceert enzymen, die na verhitting in een zuurbad inwerken op de biomassa/plantenresten. Van de pulp die overblijft, kan bakkersgist via fermentatie ethanol maken. Dat lukte eerst alleen met C6-suikers. Na een genetische aanpassing van het gist lukt dat nu ook met C5-suikers. Ten opzichte van een gist die alleen met C6-suikers overweg kan, heb je nu dus een bijna tweemaal hogere opbrengst. Biobrandstof van de tweede generatie komt zo een stuk dichterbij.”

Dat proces, afbraak van resten, gebeurt in de natuur ook. Bomen en planten worden door micro-organismen, schimmels met name, afgebroken. Dat is een proces van vele jaren. „Wij helpen de natuur door dat proces te versnellen tot drie dagen”, zegt Smits, wijzend naar zijn potjes. „Maar het staat nog wel in de kinderschoenen.”

Naast biobrandstof is er nog de zoektocht naar bioplastics. Daar zal de consument nog niet veel van merken. „Ik denk ook niet dat dat via grote doorbraken zal gaan. Eerder sluipt het langzaam ons leven binnen. Dan moet je denken aan zakjes van bioplastic, koffiekopjes en autobumpers.”

Of het maken van biobrandstof en andere grondstoffen uit plantenresten de toekomst heeft, blijft onzeker. Er wordt ook gewerkt met algen als basis van biobrandstoffen. DSM heeft er alle vertrouwen in dat de gekozen weg uiteindelijk rendabel zal zijn. Een rapport van de Zwitserse bank UBS stelt dat de markt voor tweede generatie biobrandstoffen uit plantenafval de komende tien jaar zal uitgroeien tot een waarde van 59 miljard euro.

De minister van economische zaken Joop den Uyl kondigt in 1965 aan de Limburgse mijnen te zullen sluiten. Kolen zijn niet meer zo nodig nu er in het Groningse Slochteren in 1959 gas is gevonden. In 1973 sluit De Staats Mijnen ook werkelijk de laatste mijn en gaat het bedrijf verder op een terrein waar het al eerder actief is geworden: de chemie. Het bedrijf blijft DSM heten, maar de letters staan niet meer voor hun oude betekenis. De staat, lang de enige aandeelhouder, verkoopt in 1996 zijn laatste aandelen DSM. Het concern komt daarmee volledig in particuliere handen en staat ook aan de beurs genoteerd.

In de jaren negentig verandert DSM geleidelijk van strategie. Het gaat zich meer toeleggen op fijnchemie. Toch doet DSM in 1997 nog een grote overname op het gebied van de bulkchemie: daardoor wordt het bedrijf een grote producent van een basisplastics. In 2003 wordt dat onderdeel verkocht aan het Saoedische chemiebedrijf Sabic.

Door de aankopen van Gist-brocades (1998) en de vitaminepoot van de Zwitserse farmaceut Roche (2002) wordt veel kennis verworven van micro-organismen als gisten, enzymen en vitaminen. Door die gecombineerde kennis is DSM goed toegerust om de slag naar de duurzame productie van brandstof en andere grondstoffen te maken. Het concern haalt dit jaar een omzet van ruim 8 miljard euro en heeft wereldwijd zo’n 22.000 mensen in dienst.

DSM is dit jaar in de categorie beursgenoteerde fijnchemiebedrijven als eerste geëindigd in de Dow Jones Duurzaamheidsindex. Het bedrijf lost op die plek Akzo Nobel af. De topman van DSM, Feike Sijbesma staat op nummer 19 in de Duurzame 100 van Trouw.

www.trouw.nl/deduurzame100.