"Ik wil nieuwe materialen ontwikkelen die aan de eisen van deze tijd voldoen"
25 november 2021
De Stichting Bèta Plus bevordert het wetenschappelijk onderzoek aan de faculteit FNWI met een twintigtal bijzondere leerstoelen voor onderzoekers van bedrijven of onderzoeksinstellingen met raakvlakken aan het facultaire onderzoek. Gert-Jan Gruter is Chief Technology Officer bij Avantium, het Amsterdamse chemische technologiebedrijf. Avantium richt zich op het commercialiseren van technologie voor nieuwe, duurzame plastics en chemicaliën. Het ontwikkelde bijvoorbeeld een duurzame productieroute voor het plastic PEF, een kansrijk 'groen' materiaal voor frisdrankflessen. "We hebben de ambitie om in 2023 ‘s wereld eerste commerciële fabriek voor PEF te openen, dus daar ligt nu onze focus", zegt Avantium CEO Tom van Aken. "Maar we hebben ook op andere gebieden veel kennis opgebouwd. De samenwerking met de UvA is erop gericht om een nieuwe generatie aan duurzame materialen te ontwikkelen."
Gruter’s leerstoel bij het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences maakt deel uit van het UvA onderzoekzwaartepunt Sustainable Chemistry onder leiding van FNWI faculteitshoogleraar Joost Reek. "De transitie van de chemie naar duurzaamheid en circulariteit vergt fundamenteel onderzoek dat tot wezenlijke chemische vernieuwing leidt", aldus Reek. "Maar om van betekenis te kunnen zijn voor de maatschappij moet je ook naar implementatie en toepassing van die nieuwe chemie kijken. Dat is een sterk punt van de leerstoel Industrial Sustainable Chemistry en dat leidt tot vruchtbare wisselwerking."
Breed onderzoek
Gruter’s aandacht gaat uit naar de ontwikkeling van nieuwe generaties plastics die niet gemaakt zijn uit olie maar uit biomassa en CO2. En die bovendien duurzaam en circulair en minder milieubelastend zijn. Om de verwerking en de eigenschappen van de materialen te kunnen onderzoeken, worden vele kilo's tegelijk gesynthetiseerd. "Dat is echt toegepast onderzoek in samenwerking met relevante partijen zoals LEGO", aldus Gruter. "Het uitgangspunt is om de processen uiteindelijk op een concurrerende manier te kunnen opschalen." Tegelijkertijd doet de groep ook fundamenteel onderzoek naar plastics en hun gebruik, stelt Gruter. Hij begeleidt negen promovendi waarvan de meeste inmiddels in hun derde of vierde jaar zijn. "Ze boeken mooie resultaten die we in aansprekende wetenschappelijke tijdschriften publiceren. Dus we hebben oog voor de toepassing, maar we zijn ook een academische groep zoals alle andere op de faculteit."
Gruter zet zijn onderzoek bewust heel breed neer. "We kijken bijvoorbeeld naar manieren om biodegradatie van plastics te kunnen testen, in grond en in zeewater. Ook de kwantificering van micro- en nanoplastics in het milieu is een belangrijk onderwerp. En we brengen in kaart wat de bereidheid is van consumenten om stappen te zetten op duurzaamheidsgebied. Dat gebeurt in samenwerking met andere UvA onderzoekers, bijvoorbeeld bij IBED, het Institute for Biodiversity and Ecosystems Dynamics, en bij de vakgroep Sociale Psychologie bij de faculteit Maatschappij- en Gedragswetenschappen. Maar we werken ook samen met de Universiteit Leiden en de Vrije Universiteit.
Vezels tellen
Gevraagd naar een project dat hem veel voldoening geeft noemt Gruter het kwantificeren van PET plasticvezels in het milieu. "Die zijn het gevolg van de slijtage van kleding bij wassen en drogen. Ze zijn zo klein zijn dat ze langs alle filters glippen. Je vindt ze in water, in de lucht, ze zijn echt overal. Tegelijkertijd is het lastig om de omvang van dat probleem vast te stellen, juist omdat ze zo klein zijn. Samen met milieuonderzoeker Heather Leslie van de VU hebben we nu een belangrijke stap kunnen zetten." De gebruikelijke benadering is om vezels te tellen onder de microscoop, maar echt kleine vezels blijven dan letterlijk uit zicht. Gruter ontwikkelde een methode waarbij alle plasticvezels eerst chemisch worden afgebroken en vervolgens met geavanceerde analysetechnieken gekwantificeerd. Uit de analyse van afvalwater bij waterzuiveringsinstallaties rond Amsterdam bleek de waarde van de nieuwe methode. "Verrassend genoeg is de hoeveelheid plastic die je niet ziet zelfs veel groter dan wat je met de microscoop wél kunt waarnemen", stelt Gruter. "We hebben dus laten zien dat dit een serieus materiaalprobleem is. Er moet echt aandacht komen voor de slijtage van textielsoorten waarin plastic is verwerkt, zoals polyester en nylon."
Spijkerbroeken
Ook in een nieuw project draait het om textiel. Gruter wil een methode ontwikkelen om gemengde textielsoorten te kunnen recyclen. De meest voorkomende 'blend' is katoen/polyester dat onder andere in slijtvaste spijkerbroeken wordt verwerkt. Het probleem is dat de gebruikelijke katoenrecycling niet mogelijk is vanwege het polyester (doorgaans is dat PET), omgekeerd verstoort katoen de chemische recycling van PET.
Het is geen doen om spijkerbroeken draadje voor draadje uiteen te rafelen dus de - weinig circulaire - oplossing voor versleten spijkerbroeken is om ze te verbranden. Gruter denkt een zinvol alternatief te kunnen ontwikkelen gebaseerd op Avantium’s kennis van bioraffinage. "We weten hoe je cellulose uit planten kunt omzetten in suikers, waar we nieuwe plastics van maken. Dat willen we nu toepassen op textiel. In het lab hebben we al gezien dat onze technologie de cellulose-ketens van het katoen afbreekt. Dan hou je het polyester over, dat vervolgens gerecycled kan worden. Zo realiseren we circulariteit." Hij is bezig om subsidie te verwerven voor de verdere ontwikkeling van het concept en hoopt binnen vijf jaar tot een volwassen proces voor katoen/polyester recycling te komen.
Intellectueel eigendom
Gruter ziet duidelijke synergie tussen zijn werk als hoogleraar, gericht op de duurzaamheidstransitie van de chemie, en als CTO van Avantium, gericht op het commercialiseren van duurzame technologie. Maar hij realiseert zich dat belangenverstrengeling op de loer ligt. "Daar zijn we heel transparant over. We werken doorgaans in een setting van Public Private Partnership, dus met financiering van zowel publiek als privaat geld. Bij die projecten maken we van meet af aan goed afspraken over het intellectueel eigendom, volgens de regels van de subsidieverstrekker zoals NWO, RVO en de Europese Unie." Een aantal van Gruters promovendi werkt in de labs van Avantium, dat daarbij voor begeleiding zorgt en de kosten op zich neemt. "Voor de UvA levert dat uiteindelijk wetenschappelijke output op, en een promotiepremie. Het voordeel voor Avantium ligt dan in een bepaalde aanspraak op het intellectuele eigendom. Maar ook in die gevallen leggen we dat van tevoren goed vast."
Geen betere tijd om chemie te studeren
Gruter’s uitgangspunt, en dat van Avantium, is dat de wereld van vandaag niet zonder plastic kan. Dus wat de problemen ook zijn, de oplossing is niet om plastic in de ban te doen. "Waar het om gaat is te leren van de fouten uit het verleden. Plastics zijn geïntroduceerd zonder enig idee over recycling of milieubelasting, laat staan over de effecten op de lange-termijn. Daar staan we nu anders in."
"Ik zie het als de verantwoordelijkheid van ons als chemici om nieuwe materialen te ontwikkelen die aan de eisen van deze tijd voldoen. En er liggen volop kansen. Er is wereldwijd een sterk groeiende behoefte aan plastics dus er zullen fabrieken bijgebouwd worden. Wat mij betreft maken die allemaal nieuwe, duurzame materialen die beter te recyclen zijn en geen milieuprobleem vormen. In eerste instantie kunnen we daar best een hogere prijs voor vragen, maar uiteindelijk moeten we ook de concurrentie met de bestaande 'oude' plastics aankunnen."
Voor Gruter zijn chemici onmisbaar als het er om gaat de doelen van de duurzaamheidstransitie te realiseren: "Het is nogal een uitdaging om in 2050 alle plastics te kunnen maken zonder fossiele grondstoffen. Of om volledige circulariteit te realiseren. Verder moeten we er voor zorgen dat materialen die maar heel kort een functie hebben, zoals verpakkingen, niet honderden jaren in de natuur aanwezig blijven. En we moeten naarstig op zoek naar alternatieven voor schaarse materialen. Er is nu al een lijst van zo'n 25 elementen die op zullen raken terwijl we er batterijen, elektronica en katalysatoren van willen maken. Dat aantal zal groeien en daar wordt nog veel te weinig over nagedacht. Dus er is geen betere tijd om te scheikunde te studeren dan vandaag de dag. Dat is ook wat we als chemici, als UvA, als Avantium moeten uitdragen: stap nu in en doe met ons mee om in de komende 30 jaar de transitie te gaan waarmaken."