Revolutionaire benadering: circulaire chemie en moleculen uit Limburgse gewasresten

We schrijven woensdag 17 mei, een zonovergoten dag in Maastricht tijdens de week van de korte keten (in Vlaanderen, nvdr.). Die korte keten is niet enkel belangrijk van boer tot bord, maar ook in het materiaal dat we dagelijks gebruiken en de moleculen die daarvoor nodig zijn. Het project Circulaire teelt en chemie was bij de eerste starters van ons nieuwe programma en heeft als doelstelling om ook de keten van de moleculen die je gebruikt in bepaalde slimme materialen, voedingsstoffen en medicijnen drastisch te verkorten.

Collega Anne ging in gesprek met Professor Orrù, Hoogleraar in de organische chemie aan de Universiteit Maastricht.

In eerste instantie ben ik organisch chemicus en dus hou ik mij bezig met relatief kleine moleculen die je bv. kan gebruiken voor medicijnen, maar ook in slimme materialen en andere toepassingen. Afhankelijk van het toepassingsgebied ga je dan op zoek naar de juiste molecule. Compas Agro in Venlo onderzoekt planten en teelten en samen met hen wilden we onderzoek doen naar planten die nog relatief onbekend zijn om te gebruiken zoals nutraceuticals (stoffen die je aan voeding toevoegt en een medicinale werking kunnen hebben, nvdr) of slimme materialen.

Voor ons was het een extra uitdaging en grote meerwaarde om op zoek te gaan naar lokale gewassen die in beide Limburgen al worden geteeld en moleculen bevatten die voor ons van nut zijn, maar die voor dit soort toepassingen nog relatief onbekend zijn.

We zijn daarna met dat idee naar de provincie Nederlands Limburg gegaan, waar we al snel tot de conclusie kwamen dat een samenwerking binnen Interreg Vlaanderen-Nederland interessant was. En met hun hulp zijn de Vlaamse partners erbij gekomen.

Wij zijn met universiteit Maastricht projectverantwoordelijke en onderzoeken de moleculen voor slimme materialen. We worden aan Vlaamse zijde versterkt door universiteit Hasselt, die vooral bezig is met de nutraceuticals in het project. Daarnaast onderzoekt Compas Agro (food campus Venlo) de teelten en hebben we met het Proefcentrum Fruit in Belgisch Limburg veel kennis over het fruit dat we onderzoeken.

Aan de toepassingenkant werken wij in Maastricht veel samen met polymeerfysici die al goede contacten hadden met Centexbel in Gent. Zo werd het clubje groter en hebben we de keten goed in beeld, van plant tot molecule. We zijn nu een paar maanden samen onderweg en het is een heel leuke groep

Er komt een beweging op gang om weg te gaan van op bulkchemie gebaseerde materialen. De beweging die wij in dit project willen maken is om aan materialen stoffen toe te voegen die een bepaald materiaal interessante eigenschappen geeft en dus slimmer maakt. Voor die ‘slimme materialen’ zitten we voorlopig nog in de ontwerpfase. Dat kunnen bv. slimme eigenschappen zijn die zorgen dat de kleur verandert bij licht of wanneer je druk op een materiaal uitoefent het steviger wordt. Die kleinere moleculen die we toevoegen aan de polymeerwaarde waar het materiaal van gemaakt is noemen we ‘responsive materials’.

De onderzoeksgroep van met name polymeerfysici en Centexbel weten perfect wat je nodig hebt om daartoe te komen. Wat we vervolgens nodig hebben, zijn die kleine moleculen die in mijn groep (Universiteit Maastricht) via een chemisch proces gefunctionaliseerd worden, maar wij kunnen dat alleen maar doen als we de bouwstenen al hebben. Die bouwstenen gaan we niet zelf maken, maar het doel van dit project is om die net uit die lokale gewassen te halen.

Daarvoor focussen we op het afvalmateriaal, zodat we niet bv. de asperge zelf gaan gebruiken, maar de houtwortel die de teler om de 10 jaar vervangt en bij het afval belandt, gedroogd of verbrand wordt. Wij gaan kijken of daar ook bruikbare stoffen inzitten. Idem bij bv. bosbessen of andere fruitsoorten: daar gebruiken we niet de vrucht zelf, maar wel het bladafval etc. Dezelfde stoffen die in het blad zitten of in de velletjes van de druif, zitten ook in de vrucht.

Dat klopt. Enerzijds zijn er de slimme materialen, dat zijn typische polymeerverbindingen en die worden veel gebruikt in textiel, kleding, maar ook in de auto-industrie. Je kan het eigenlijk zo gek niet bedenken. Daar houdt Centexbel en onze campus in Geleen zich vooral mee bezig.

De Universiteit van Hasselt doet voornamelijk onderzoek naar nutraceuticals en dat is een interessante toevoeging voor ons project, want heel veel van die fruitsoorten bevatten een stof die een potentieel medicinale werking hebben. Die stoffen kan je er ook uithalen en dan kijken of je ze kan toevoegen aan andere voedingsmiddelen zodat het een nutraceutical wordt. We gaan dan onderzoeken of het om dezelfde stoffen gaat die je voor zowel de slimme materialen als de nutraceuticals kan gebruiken, of dat je beter andere stoffen wint.”

Het wordt in zekere zin wel duurzamer. Je zou dat soort stoffen ook chemisch kunnen samenstellen, maar omdat je ze maakt op basis van stoffen uit de natuur is het in principe een duurzamer product. Je stoffen zijn dan wel kleine moleculen. Maar als je ze zelf moet maken uit basischemicaliën zijn dat weer heel veel chemische stappen en dan wordt het waarschijnlijk ook niet meer rendabel, omdat het proces veel te ingewikkeld wordt.

Er is een werkpakket waarin we de Life Cycle analyseren. Die onderzoeksgroep legt de bestaande methodologie (als die er al is) naast de methodologie die wij ontwikkelen en analyseert of er duurzaamheidswinst te maken is. Het kan zijn dat het traditionele proces ‘vuiler’ lijkt, maar eigenlijk schoner is, omdat er al andere zaken niet meegenomen worden.

PC Fruit heeft enkele proefvelden ingezaaid en via teeltaanpassingen en toevoegingen in de bodem (bv. belichting en beluchting), proberen ze bepaalde componenten in die plant te bevoordelen zodat die meer geproduceerd worden, zonder dat je genetisch manipuleert. We gaan voor een pure teeltaanpassing en optimalisatie van bestanddelen. Daarvoor is er een nauwe interactie nodig tussen de telers en onze onderzoeksgroep.

Wij laten aan PC Fruit weten welke molecule we nodig hebben en vragen hen ervoor te zorgen dat het ten opzichte van de andere moleculen in het blad van de vrucht meer geproduceerd wordt. Zodat we het er relatief makkelijk uit kunnen halen als we de bladen krijgen. Er is continu een wisselwerking tussen de teeltonderzoeksgroepen van PC Fruit en Compas Agro en de chemie onderzoeksgroepen.

De teelt onderzoeksgroepen staan op hun beurt in constant overleg met telers die ze regelmatig bij elkaar brengen. Zo worden landbouwers uit de regio enthousiast gemaakt om dit type teelten meer te kweken en ervoor te zorgen dat onze moleculen voldoende aanwezig zijn door bijvoorbeeld toevoegingen te doen bij het zaad of de mest. Hierdoor kunnen zij hun restafval ook verkopen aan de ‘chemische industrie’ en hebben zij een nieuw verdienmodel.

We hadden eerst een horizontale en een verticale ontwikkellijn gedefinieerd. En hebben uiteindelijk gekozen in dit project voor de horizontale ontwikkellijn. Dat is inderdaad de asperge, brandnetel, druif, bosbes en aardbei. Brandnetel is het kruispunt van de 2 ontwikkellijnen. In brandnetel zitten héél veel interessante stoffen. Het zal moeilijk worden om juist die ene stof eruit te halen die we nodig hebben, maar aan de andere kant is die net heel breed toepasbaar. De druif is aan de selectie toegevoegd omdat die heel goed past in de horizontale lijn en PC Fruit heeft daar als partner veel expertise rond. Dat was een mooie match.

Er wordt al meer brandnetel geteeld, maar het is nog geen groot gewas. Er zijn ook andere aspecten aan de brandnetel die het heel interessant maken. Er zitten heel sterke vezels in die je kunt gebruiken om bv. sterkte toe te voegen aan bouwmaterialen, waardoor je bouwmateriaal harder en steviger wordt. Dat hebben we niet opgenomen als toepassingsgebied in ons project, maar dat kan wel in de verticale lijn. Maar brandnetel is ook voor de nutraceutical kant een heel interessant gewas, omdat er veel bioactieve stoffen in zitten. Vroeger dronk men brandnetelthee als soort van paardenmiddel tegen verkoudheid.

Dat zou een mooie ambitie zijn, maar daarvoor moet je toch al beginnen bij het heel fundamenteel onderzoek en komen tot een heel uitzonderlijk resultaat. Waar wij onderzoek naar doen, weten we al heel wat over, maar willen we slimmer worden om moleculen op andere manieren in te zetten. Dus ik vrees voor die nobelprijs, sorry.

Ah, jammer… Maar desalniettemin ben ik heel benieuwd naar de projectresultaten die jullie over 3 jaar zullen behaald hebben. Heel veel succes met uw mooie project, professor, en bedankt voor dit fijne gesprek!