CHEMIE

Grootschalige vergassing van biomassa tot methanol. Fotovoltaïsche zonnecellen voor de productie van elektriciteit. Planten die vetzuren en polymeren produceren. Zie daar enkele van de activiteiten van de chemie in 2046. Over vijftig jaar wonen er tien miljard mensen op aarde. Zijn olie kolen en gas op, maar is er nog altijd chemie. Een andere chemie, hopen vooraanstaande scheikundigen en captains of industry. Het roer moet drastisch om.

Nee, zeggen de Nederlandse chemici. In 'Reactie op de toekomst', een boekwerkje dat vandaag in Utrecht op het gelijknamige symposium wordt gepresenteerd, staat hun gezamenlijke visie op de problemen en behoeften van de wereld vijftig jaar na nu. En vooral hoe daar met bijdragen uit hun vakgebied een mouw aan te passen is. Het boekje bevat de weerslag van onderzoek en opinies van vooraanstaande wetenschappers, zoals de Delfste hoogleraar organische chemie H. van Bekkum en zijn Leidse collega in de anorganische scheikunde J. Reedijk, maar ook captains of industry als DSM-topman ir. S. de Bree en Akzo-researchdirecteur ir. E. van Andel.

De belangrijkste boodschap van de chemici is dat er een technologische trendbreuk nodig is in de richting van 'duurzaamheid'. Duurzaamheid betekent daarbij vooral 'met perspectief op de lange termijn'. En dat perspectief is er niet als we blijven doorgaan de fossiele brandstoffen op te maken.

Dit zit hem niet eens in het vrijkomen van CO2 met als mogelijk gevolg een wereldomvattend broeikaseffect. Juist chemici menen nogal eens dat het daarmee zo'n vaart niet zal lopen. Zij hebben echter een even goede reden voor bezorgdheid: de fossiele voorraden zijn eindig. Op is op. Willen we in de toekomst nog steeds kunststoffen maken en auto blijven rijden, dan moeten we op zoek naar andere bronnen en nieuwe technologie die bovendien niet langer het milieu mag belasten.

Dat zijn ambitieuze doelstellingen. De communis opinio onder de chemici is echter dat ze - technologisch gezien - haalbaar moeten zijn. Sterker nog, de chemie kan een belangrijk bijdrage leveren om de samenleving als geheel te voorzien van instrumenten om de uitgangspunten van duurzaamheid te realiseren.

“Chemie is bij uitstek een enabling technology, een mogelijkheden scheppende technologie”, zegt ir. J. Mulderink, in zekere zin de geestelijk vader van 'Reactie op de toekomst'. De gepensioneerde Akzo-topman is projectleider 'Duurzame chemie' van het interdepartementaal onderzoeksprogramma Duurzame technologische ontwikkeling (DTO). Dit door vijf ministeries gedragen programma wil laten zien dat met inzet van technologie de toekomstige levensstandaard minimaal gelijk kan zijn aan die van vandaag, met bovendien een aanzienlijk lagere milieubelasting. DTO-projecten zijn behalve in de chemie ook te vinden in de voedingsmiddelensector en op gebieden van huisvesting, vervoer, kleding en havens. Mulderink denkt dat de chemie op alle fronten kan bijdragen. “Chemie is geen doel op zich, maar een dienstbare wetenschap. Dat blijkt heel duidelijk uit de thema's die voor de toekomst belangrijk zullen zijn.”

Als er één ding duidelijk wordt uit de visie van de chemici dan is het dat ook binnen de chemie het roer drastisch om moet. Het duidelijkst is dat bij het thema dat de kern van de duurzaamheidsproblematiek raakt: nieuwe grondstoffen. Zonder olie, gas en kolen beschikken we alleen nog maar over bronnen van natuurlijke oorsprong (biomassa) en over zonlicht. Zijn er dan nog mogelijkheden voor de chemie?

Jawel, denken de chemici. Als ze het maar anders aanpakken. De sleuteltechnologie daarbij is C1-chemie. Als biomassa via vergisting of bij hoge temperaturen wordt 'gekraakt' ontstaan kleine componenten, moleculen die uit een, hooguit twee koolstofatomen beschikken. Ze vormen de bouwstenen voor grotere, ingewikkelder componenten.

Een voorbeeld is de vergassing van biomassa om methanol te maken. Daarbij ontstaan kooldioxide, methaan, koolmonoxide en waterstof. De laatste twee vormen synthesegas, dat ook in de huidige chemie veel wordt gebruikt. Synthesegas kan in principe gebruikt worden voor de productie van methanol.

Methanol is een relatief eenvoudig te transporteren en te verwerken vloeistof, die daarmee een rol kan spelen als essentiele schakel in een nieuwe, duurzame chemische productieketen. Nu al is het een key chemical in een hele reeks van produkten, van azijnzuur tot aan het benzine-additief MBTE. Het is mogelijk methanol met behulp van katalysatoren om te zetten in etheen en propeen, belangrijke grondstoffen voor de kunststoffenindustrie. Verder is de stof in pricipe ook goed te gebruiken als 'groene brandstof' voor auto's.

Een andere methode om biomassa om te zetten in een voor de chemie relevante basisstof is het bij Shell ontwikkelde hydrothermal upgrading procede (HTU), waarmee via een keten van processen biomassa wordt omgezet in olie. Technisch is aangetoond dat met HTU het traject van plant tot olie - in de aardkorst een kwestie van honderden miljoenen jaren - langs chemische weg een kwestie van dagen kan zijn. Wel zal deze biocrude veertig dollar per vat moeten opbrengen, wil er bedrijfseconomisch gezien toekomst in zitten.

De tweede onderzoeksrichting waar de chemici toekomst in zien betreft fotovoltaïsche zonnecellen voor de elektriciteitsvoorziening. De zonnecellen die we nu kennen van uiteenlopende toepassingen van calculators tot satellieten, zijn gemaakt van silicium (ook het 'bouwmateriaal' voor elektronische chips). Dat is volgens de chemici geen geweldig materiaal, vooral omdat het veel energie kost om silicium in bruikbare vorm te krijgen.

Veel meer verwachten ze van organische zonnecellen, bijvoorbeeld op basis van natuurlijke lichtgevoelige stoffen zoals porfirine. Deze zijn via chemische weg zonder veel moeite te maken. Weliswaar dient er nog een flinke inhaalslag gemaakt te worden om cellen te realiseren die licht met een acceptabel rendement omzetten in elektriciteit, maar het is een ontwikkeling waar chemisch gezien wel brood in zit. Bedrijven als Akzo Nobel en DSM zijn bijvoorbeeld geïnteresseerd in de ontwikkeling van bijzondere moleculen voor deze toepassingen.

Een derde toekomstrichting, waarbij de traditionele chemie in feite volledig buitenspel komt te staan, is het gebruik van planten als 'biologische fabrieken' voor de productie van ingewikkelde moleculen zoals vetzuren en polymeren. Dit houdt gerichte veredeling in van bijvoorbeeld aardappels. De chemici zijn daarvoor met name aangewezen op genetische modificatie, steeds vaker opduikend onder de minder beladen benaming 'moleculaire veredeling'. Bijkomend voordeel van het op deze wijze 'industrieel' inzetten van gewassen is dat de reststoffen nuttig gebruikt kunnen worden, bijvoorbeeld in vergassers ten behoeve van de chemie of de energievoorziening.

Verbetering van de productieprocessen uit de fijnchemie tot slot is het vierde belangrijke onderwerp in het duurzame-chemieconcept. Bij de productie van gespecialiseerde chemicaliën voor relatief kleinschalig gebruik (hoewel het nog steeds om vele honderden tonnen per product per jaar kan gaan) is sprake van grote verspilling. Niet zelden is de hoeveelheid bij- en afvalproducten het vijftigvoudige van de verbinding waar het eigenlijk om gaat.

Om die verhouding omlaag te brengen moet er heel wat gebeuren. Er zijn nieuwe processen nodig die rendementen opvoeren en daardoor grondstoffen sparen en milieu-onvriendelijke oplosmiddelen vermijden. Nieuwe methoden voor katalytische processen, waarbij met name goed gekeken zal worden hoe de natuur chemische omzettingen realiseert, zullen zeer belangrijk worden. Uiteindelijk zullen die ook voor de bulkchemie (waar producenten in honderduizenden tonnen rekenen) verbeteringen mogelijk maken.

Razend nieuw is het eigenlijk niet wat de chemici ten tonele brengen. Universitaire groepen doen bijvoorbeeld al het een en ander aan onderzoek op veel van de genoemde terreinen. En sommige projecten werden zelfs door de industrie zelf al eerder opgepakt. Biomassaconversie was ten tijde van de grote energiecrises ruimschoots in beeld, maar verdween geruisloos uit de researchportfolio's toen de olieprijs zich weer stabiliseerde.

Dat er nu aandacht voor komt heeft voor een belangrijk deel weer te maken met olieprijzen. Mulderink denkt dat het nog wel eens harder zou kunnen gaan dan velen denken. “Medio 1996 werd nog voorspeld dat de olieprijs, toen zo'n 16 dollar, zich zou stabiliseren op 14 à 15 dollar. In het begin van dit jaar was dat al 24 dollar per vat. De vraag is natuurlijk: is dat maar tijdelijk, of is het een teken aan de wand? Nog een keer zo'n stijging en je komt al in een situatie dat allerlei alternatieve processen interessant gaan worden.”

Een probleem voor de voorgestelde routes naar duurzame chemie is wel dat het een fundamentele ommezwaai vergt. Voor de industrie betekent dat miljoeneninvesteringen in onderzoek zonder werkelijk zicht op toepassing. “Het is de kunst om de industrie te interesseren met verstandige duurzame projecten voor de kortere termijn”, zegt Mulderink dan ook.

De afgelopen twee jaar heeft hij gemerkt dat dat nog niet zo eenvoudig is. Hij is best tevreden over de samenwerking, maar vaak moest hij praten als Brugman. “Het vergt heel veel overleg om mensen zover te krijgen dat men zegt 'daar zit wel wat in'. In kringen van de industriële research lukt dat eigenlijk nog het best.”

Wat hem betreft zal er ook in de toekomst begeleiding nodig zijn om de trein in de richting van de duurzame chemie op het spoor te houden. “Aan het eind van dit jaar hopen we met de start van een aantal concrete illustratieprojecten de eerste fase van het DTO-programma af te sluiten. Maar daarna kunnen we echt niet achterover in een luie stoel gaan zitten afwachten.”