Biopolymeren vormen een potentieel interessant alternatief voor conventioneel op olie gebaseerde polymeren, omdat zij geen fossiele grondstoffen gebruiken voor de productie. Daarentegen is het productie procedé afhankelijk van energie en toevoegmiddelen die weer bijdragen aan het verbruik van energie en de emissie van onder andere broeikasgassen en zijn degrondstoffen van belang, zoals het gebruik van reststromen uit de afvalverwerking of andere biomaterialen. Binnen het project Circulaire Biopolymeren Waardeketens zijn meerdere productiemethoden bestudeerd om polyhydroxyalkanoaten (PHAs) te maken uit organische reststromen: GFT en afvalwaterslib, een bijproduct uit de afvalwaterzuivering. Productie enextractie van PHAs kan middels diverse routes. In het project zijn meerdere extractieroutes bestudeerd betreffende hun mogelijkheden. Als onderdeel van het project is een levenscyclusanalyse (LCA) gedaan om de milieu-impact van de productie van de biopolymeren in kaart te brengen. Deze is hier beschreven. De milieu-impact van PHA productie via twee extractieroutes werd vergeleken met conventionele polymeren zoals polyethyleen (PE) en polyethyleentereftalaat (PET). De extractieroutes waren: NaOCl, water-based en Chloroform, solvent-based extractie. De milieu-impact werd berekend op basis van de productie van 1 kgpolymeer. Het systeem includeerde de veranderingen in het conventionele management van GFT en afvalwaterslib, o.a. substitutie van energie doordat de reststromen nu gebruikt werden voor PHA productie en niet voor energieproductie. Op basis van een modelstudie van de UniversiteitGroningen is een massabalans opgemaakt en zijn gegevens gebruikt voor energieverbruik te bepalen en de hoeveelheid toevoegmiddelen die nodig waren tijdens de extractie. Op basis van literatuur zijn aannames gedaan zoals calorische waarden voor verbranding en het energieverbruik voor ontwateren, drogen en vergisting. De Ecoinvent database werd gebruikt voor achtergrond gegevens ten behoeve van de energieproductie en achtergrondprocessen. De volgende milieu-impacts werden berekend: broeikasgassen, verzuring, eutrofiëring, landgebruik, fijnstofemissie en fossiel energieverbruik. Een gevoeligheidsanalyse gaf inzicht in de verandering van parameters op het eindresultaat. De resultaten lieten zien dat watergebaseerde extractie leidde tot emissie van 5,95 kg CO2-eq per kg PHA en chloroformextractie tot 47 kg CO2-eq per kg PHA. Verschillen zaten met name in het energieverbruik tijdens het proces en de productie van de toevoegmiddelen. Verzuring was lager voor chloroformextractie met -0,015 kg SO2-eq ten opzichte van watergebaseerde extractie, namelijk 0,013 kg SO2-eq per kg PHA. Energieverbruik was 90,7 MJ voor watergebaseerde extractie en 772 MJ per kg PHA voor chloroformextractie. Landgebruik was lager voor chloroformextractie met -4,7 m2 per kg PHA en 0,43 m2 per kg PHA voor watergebaseerde extractie. Eveneens was fijnstofemissie lager voor chlorformextractie en marine eutrofiëring lager for watergebaseerde extractie. Chloroformextractie had hogere impact in broeikasgassen, energieverbruik en eutrofiëring vergeleken met PET en PE. Watergebaseerde extractie had hogere impact in broeikasgassen, energieverbruik, fijnstofemissie en eutrofiëring, maar werd vergelijkbaar of lager ten opzichte van conventionele polymeren wanneer een lager energieverbruik werd aangenomen. Onderzoek naar het exacte energieverbruik is daarom nodig. Geconcludeerd werd dat verdere verlaging van de milieu-impact kan worden bereikt door het verminderen van het gebruik van toevoegmiddelen en het gebruiken van groene energie zoals wind en zon. Voor vervolgonderzoek is het van belang om data te verifiëren en eventueel andere extractieroutes te onderzoeken
Accumulation of non-degradable plastic waste in the environment might be prevented by the use of biodegradable polyhydroxyalkanoate (PHA). In this study, the thermophile Schlegelella thermodepolymerans produced up to 80 wt% PHA based on dry cell mass. The largest PHA granules were found in the cells within 48 h using 20 g/L xylose, a C/N ratio of 100, an initial pH of 7, at 50 °C. The substrate consumption, pH changes, and cell growth were monitored, revealing the time dependency of PHA production in S. thermodepolymerans. The metabolic pathways from xylose to PHA were identified based on proteomic analysis, revealing involvement of classic phaCAB, de novo fatty acid biosynthesis, and fatty acid β-oxidation. In addition, it was shown that S. thermodepolymerans degraded extracellular PHA with a high efficiency at 50 °C.
The transition to a biobased economy necessitates utilizing renewable resources as a sustainable alternative to traditional fossil fuels. Bioconversion is a way to produce many green chemicals from renewables, e.g., biopolymers like PHAs. However, fermentation and bioconversion processes mostly rely on expensive, and highly refined pure substrates. The utilization of crude fractions from biorefineries, especially herbaceous lignocellulosic feedstocks, could significantly reduce costs. This presentation shows the microbial production of PHA from such a crude stream by a wild-type thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans [1]. Specifically, it uses crude xylose-rich fractions derived from a newly developed biorefinery process for grassy biomasses (the ALACEN process). This new stepwise mild flow-through biorefinery approach for grassy lignocellulosic biomass allows the production of various fractions: a fraction containing esterified aromatics, a monomeric xylose-rich stream, a glucose fraction, and a native-like lignin residue [2]. The crude xylose-rich fraction was free of fermentation-inhibiting compounds meaning that the bacterium S.thermodepolymerans could effectively use it for the production of one type of PHA, polyhydroxybutyrate. Almost 90% of the xylose in the refined wheat straw fraction was metabolized with simultaneous production of PHA, matching 90% of the PHA production per gram of sugars, comparable to PHA yields from commercially available xylose. In addition to xylose, S. thermodepolymerans converted oligosaccharides with a xylose backbone (xylans) into fermentable xylose, and subsequently utilized the xylose as a source for PHA production. Since the xylose-rich hydrolysates from the ALACEN process also contain some oligomeric xylose and minor hemicellulose-derived sugars, optimal valorization of the C5-fractions derived from the refinery process can be obtained using S. thermodepolymerans. This opens the way for further exploration of PHA production from C5-fractions out of a variety of herbaceous lignocellulosic biomasses using the ALACEN process combined with S. thermodepolymerans. Overall, the innovative utilization of renewable resources in fermentation technology, as shown herein, makes a solid contribution to the transition to a biobased economy.[1] W. Zhou, D.I. Colpa, H. Permentier, R.A. Offringa, L. Rohrbach, G.J.W. Euverink, J. Krooneman. Insight into polyhydroxyalkanoate (PHA) production from xylose and extracellular PHA degradation by a thermophilic Schlegelella thermodepolymerans. Resources, Conservation and Recycling 194 (2023) 107006, ISSN 0921-3449, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.107006. [2] S. Bertran-Llorens, W.Zhou. M.A.Palazzo, D.I.Colpa, G.J.W.Euverink, J.Krooneman, P.J.Deuss. ALACEN: a holistic herbaceous biomass fractionation process attaining a xylose-rich stream for direct microbial conversion to bioplastics. Submitted 2023.
LINK
Mensen die moeite hebben met lezen en schrijven (laaggeletterden) zijn ondervertegenwoordigd in onderzoek, waardoor een belangrijke onderzoekspopulatie ontbreekt. Dit is een probleem, omdat zorgbeleid dan onvoldoende op hun behoeften wordt aangepast. Laaggeletterden hebben vaak een lage sociaal economische positie (SEP). Mensen met een lage SEP leven gemiddeld 4 jaar korter en 15 jaar in minder goed ervaren gezondheid vergeleken met mensen met een hoge SEP. Om laaggeletterden te betrekken in onderzoek, is het o.a. nodig om onderzoek toegankelijker te maken. Dit project draagt hieraan bij door de ontwikkeling van een toolbox voor toegankelijke (proefpersonen)informatie (pif) en toestemmingsverklaringen. We ontwikkelen in co-creatie met de doelgroep toegankelijke audiovisuele materialen die breed ingezet kunnen worden door (gezondheids)onderzoekers van (zorggerelateerde) instanties/bedrijven én kennisinstellingen voor de werving voor en informatieverstrekking over onderzoek. In de multidisciplinaire samenwerking met onze partners YURR.studio, Pharos, Stichting ABC, Stichting Crowdience, de HAN-Sterkplaats en de Academische Werkplaats Sterker op eigen benen (AW-SOEB) van Radboudumc stellen we de behoeften van de doelgroep centraal. Middels creatieve sessies en gebruikerservaringen wordt in een iteratief ontwerpende onderzoeksaanpak toegewerkt naar diverse ontwerpen van informatiebrieven en toestemmingsverklaringen, waarbij de visuele communicatie dragend is. Het ontwikkelproces biedt kennisontwikkeling en hands-on praktijkvoorbeelden voor designers en grafisch vormgevers in het toegankelijk maken van informatie. Als laaggeletterden beter bereikt worden d.m.v. de pif-toolbox, kunnen de inzichten van deze groep worden meegenomen. Dit zorgt voor een minder scheef beeld in onderzoek, waardoor (gezondheids)beleid zich beter kan richten op kwetsbare doelgroepen. Hiermee wordt een bijdrage geleverd aan het verkleinen van gezondheidsverschillen.
Aanleiding: De belangstelling voor gezonde en veilige voeding is groot. Bij de gezondheidseffecten van voeding spelen de darmen een cruciale rol. Verschillende soorten bedrijven hebben behoefte aan natuurgetrouwe testmodellen om de effecten van voeding op de darmen te bestuderen. Ze zijn vooral op zoek naar modellen waarvan de uitkomsten direct vertaalbaar zijn naar het doelorganisme (de mens of bijvoorbeeld het varken) en die niet gebruikmaken van kostbare en maatschappelijke beladen dierproeven. Doelstelling Het project 2-REAL-GUTS heeft als doel om twee innovatieve dierproefvrije darmmodellen geschikt te maken voor onderzoek naar voedingsconcepten en -ingrediënten. De twee darmmodellen die worden toegepast zijn darmorganoïden, minidarmorgaantjes bestaande uit stamcellen, en darmexplants bestaande uit hele stukjes darm verkregen uit relevante organismen. Beide modellen hebben potentieel heel uitgebreide toepassingsmogelijkheden en hebben ook grote voordelen ten opzichte van de huidige veelgebruikte cellijnen, omdat ze meerdere in de darm aanwezige celtypen bevatten en uit verschillende specifieke darmregio's te verkrijgen zijn. Gezamenlijk gaan de partners werken aan: 1) het aanpassen van de kweekomstandigheden zodat darmmodellen geschikt worden om de vragen van partners te beantwoorden; 2) het vaststellen van de toepassingsmogelijkheden van de darmmodellen door verschillende stoffen en producten te testen. Beoogde resultaten Kennisconferenties, publicaties en exploitatie van de modellen zullen zorgen voor het verspreiden van de opgedane kennis. Omdat het project gebruikmaakt van moderne, op de toekomst gerichte laboratoriumtechnieken (kweekmethoden met stamcellen en vitaal weefsel, moleculaire analyses en microscopie), leent het zich uitstekend om geïmplementeerd te worden in het hbo-onderwijs. Als spin-off zal het project dan ook voorzien in een specifieke, voor Nederland unieke hbo-minor op het gebied van stamcel- en aanverwante technologie (zoals organ-on-a-chiptechnologie).
In this proposal, a consortium of knowledge institutes (wo, hbo) and industry aims to carry out the chemical re/upcycling of polyamides and polyurethanes by means of an ammonolysis, a depolymerisation reaction using ammonia (NH3). The products obtained are then purified from impurities and by-products, and in the case of polyurethanes, the amines obtained are reused for resynthesis of the polymer. In the depolymerisation of polyamides, the purified amides are converted to the corresponding amines by (in situ) hydrogenation or a Hofmann rearrangement, thereby forming new sources of amine. Alternatively, the amides are hydrolysed toward the corresponding carboxylic acids and reused in the repolymerisation towards polyamides. The above cycles are particularly suitable for end-of-life plastic streams from sorting installations that are not suitable for mechanical/chemical recycling. Any loss of material is compensated for by synthesis of amines from (mixtures of) end-of-life plastics and biomass (organic waste streams) and from end-of-life polyesters (ammonolysis). The ammonia required for depolymerisation can be synthesised from green hydrogen (Haber-Bosch process).By closing carbon cycles (high carbon efficiency) and supplementing the amines needed for the chain from biomass and end-of-life plastics, a significant CO2 saving is achieved as well as reduction in material input and waste. The research will focus on a number of specific industrially relevant cases/chains and will result in economically, ecologically (including safety) and socially acceptable routes for recycling polyamides and polyurethanes. Commercialisation of the results obtained are foreseen by the companies involved (a.o. Teijin and Covestro). Furthermore, as our project will result in a wide variety of new and drop-in (di)amines from sustainable sources, it will increase the attractiveness to use these sustainable monomers for currently prepared and new polyamides and polyurethanes. Also other market applications (pharma, fine chemicals, coatings, electronics, etc.) are foreseen for the sustainable amines synthesized within our proposition.
