Promotieonderzoek van Louise Heerema aan TU Delft:
MEMBRAAN Jelle Vaartjes
Stap naar biologis chemische stoffen
Solids_videoBut.pdf 1 16-8-11 15:25
Er is een stap op weg gezet om op een biologische manier chemische stoffen te produceren. “Met deze aanpassing aan een bioreactor kunnen bioproducten goedkoper worden geproduceerd.” Dat stelt Louise Heerema die op 6 februari promoveerde aan de TU Delft.
Het promotieproject is uitgevoerd binnen het B-Basic project (Bio-Based Sustainable Industrial Chemistry), een consortium van universiteiten, onderzoeksinstellingen en bedrijven waar onderzoek wordt uit- gevoerd naar duurzame, hernieuwbare alternatieve (bio)producten en (bio) productieprocessen voor de chemische en farmaceutische industrie.
Membraanextractie Louise Heerema promoveerde op het onderwerp ‘plaatselijke productverwijde- ring met membraanextractie’. Ze legt uit: “Ik maak gebruik van een membraan, dat ik in een bioreactor heb gemonteerd/ opgehangen. Het gaat om een holle vezel ofwel een poreuze buis, waar oplosmiddel door stroomt. Doel is om met behulp van het membraan een product uit de reactor te verwijderen. Het product wordt gemaakt in het reactorvat door micro-organismen, bacteriën in dit geval. Dit kunnen ook bijvoorbeeld gisten of schimmels zijn. Door het toepassen van het membraan met het juiste oplosmiddel loopt het product uit de reactor door het
De promovenda neemt haar bul in ontvangst.
membraan in het oplosmiddel, waardoor het achtergebleven product minder giftig is voor de micro-organismen”. Het product kan dan weer worden gezuiverd uit het oplosmiddel.
Deze techniek staat overigens niet op zichzelf. “Een voorbeeld is de productie van alcohol door gisten. Wanneer de gist te veel alcohol produceert, zal hij worden geremd in zijn groei en productie maar wanneer de alcohol continu uit de reactor wordt verwijderd zal de gist doorgaan met groeien en produceren omdat hij minder wordt geremd.”
Bioreactor Heerema vertelt wat ze precies verstaat onder de genoemde bioreactor. “Het is een vat dat steriel is en gesloten onder dezelfde druk als de buitenlucht. In het reactorvat zit overigens een reactor- mengsel, een fermentatievloeistof. In de fermentatievloeistof zitten suikers en zouten, alle stoffen die de genetisch gemodifi- ceerde bacteriën gebruiken om te groei- en en om product te maken, de modelstof fenol. De gemodificeerde bacteriën maken
chemicaliën in hogere concentraties dan ze van nature doen. Het zijn overigens anderen geweest die deze micro-organis- men hebben gemodificeerd.” Ze legt nader uit wat fenol is. “De bacte- riën produceren fenol, dat is mijn model- stof. Fenol is een aromatische verbinding en een grondstof voor kunststoffen en geneesmiddelen.” Heerema wijst erop dat haar promotieonderzoek is gefinan- cierd door een consortium van bedrijven als AkzoNobel, Shell, MSD, Paques en DSM. “Zij zouden de uitkomsten van mijn promotie goed kunnen gebruiken. Ik heb echter mijn onderzoek op kleine schaal op het lab gedaan. Mijn promotie is meer het beginstadium van een grotere studie, waarbij ik op het lab met een aantal liter vloeistof heb gewerkt. We hebben eerst gekeken of het allemaal wel werkt.” Wat is het probleem precies om nu het membraan toe te passen? “Het probleem is, dat die bacteriën wel zijn aangepast om hoge concentraties product te maken, alleen bij te hoge concentraties werkt het product remmend op de groei en productie en is het giftig voor de beestjes zelf. Waardoor ze op een gegeven moment ophouden of zelfs doodgaan aan te hoge productconcentraties. Dat noem je ook wel productinhibitie. Door middel van het wegvangen van het product, door bijvoorbeeld membraanex- tractie, blijft de concentratie in de reactor laag, waardoor de bacteriën verder kunnen groeien en produceren. Andere voordelen van geïntegreerde product- verwijdering zijn kleinere afvalstromen en kleinere reactorvolumes.”
34
Fluids Processing Nr. 2 - april 2012
Experimenten Heerema geeft aan hoe het onderzoek is aangepakt. “Ten eerste hebben we heel wat experimenten uitgevoerd om aan te tonen dat het product giftig is. Dus aantonen dat de bacteriën ophouden met groeien en produceren wanneer de productconcentratie in de reactor te hoog wordt. Daarnaast hebben we ook losse experimenten gedaan in wate- rige productoplossingen (zonder micro- organismen) om te kijken hoe je nu zo’n membraan het beste in zo’n reactor kunt