Butadieen is een grondstof die onder andere in autobanden en legoblokjes zit. Het is een bijproduct van naftakraken, het proces waarbij je de basisstof etheen maakt uit olie. Dat proces is in de afgelopen decennia steeds efficiënter geworden, waardoor er minder butadieen overblijft. Bovendien is het wereldwijde aanbod van butadieen variabel. Als één van de grote naftakrakers op de wereld stilstaat voor onderhoud, is er ook minder butadieenaanbod. Er is dus een markt voor een alternatieve manier om butadieen te maken.

Eenvoudig en ongecompliceerd

Die alternatieve manier werd oorspronkelijk gevonden door de onderzoeksgroep van professor Irina I. Ivanova aan de Staatsuniversiteit van Moskou. Deze groep ontwikkelde een methode om butadieen te maken uit ethanol, of alcohol in de volksmond. In de jaren zestig werd butadieen ook uit ethanol gemaakt, maar dat proces was niet efficiënt genoeg om te kunnen concurreren met butadieen uit naftakraken. Een deel van de ethanol werd helemaal niet omgezet en er ontstonden te veel bijproducten.

Het team van onderzoekers ontwikkelde een multifunctionele katalysator die de omzetting van ethanol naar butadieen stimuleert en tegelijkertijd de omzetting naar bijproducten onderdrukt. Dankzij die katalysator is hun proces efficiënt genoeg om te kunnen concurreren op de wereldwijde butadieenmarkt.

Met een werkend proces op zak klopten de onderzoekers aan bij Noah Hirsch. Die zag direct dat dit proces potentie had. “Het is eenvoudig, ongecompliceerd en we weten vanuit de historie dat het proces werkt op grote schaal”, zegt Hirsch. “Dat is een mooi validatiepunt. Opschalen brengt allerlei onzekerheden met zich mee. Als ze het zestig jaar geleden al konden commercialiseren, dan kunnen we het nu waarschijnlijk beter.”

De katalysator is bovendien geschikt voor de industrie. “Dat is belangrijk. Het doel van academici is onderzoeksgeld verzamelen, publiceren en patenten schrijven, niet per se impact maken, dus industriële katalysators maken heeft geen prioriteit. Dit proces met deze katalysator is wel technisch realistisch en er is een wereldwijde markt voor het product”, aldus Hirsch.

Hub voor biogebaseerde chemie

ETB Global staat voor ethanol to butadiene global. Het bedrijf zet ethanol om in butadieen, wat ze verkopen op de wereldwijde markt. Ze vestigden zich in 2020 op Brightlands Chemelot Campus in Limburg. “We hadden daarvoor een lab en een pilotopstelling in Moskou. Dat was een goed uitgangspunt, want tot voor kort was onderzoek doen in Rusland behoorlijk efficiënt en kosteneffectief.”

De Brightlands Chemelot Campus benaderde Hirsch in 2019. Hij en zijn collega’s probeerden op dat moment te bepalen waar ze zich moesten vestigen. Moesten ze naar de VS gaan of naar Europa? Toen kwam Brightlands om de hoek kijken. “Ze hebben zichzelf aan mij verkocht. Een scout van Brightlands benaderde me op een evenement waar ik een presentatie gaf over ons proces. Die vertelde over de Brightlands Innovation Factory, waarin startende bedrijven steun krijgen van de provincie.”

Brightlands kwam met een aantrekkelijk aanbod. “Ik had geen goed beeld van welke clusters er in Europa waren. Butadieenproductie zit in het noordwesten van Europa, maar voor ons maakte het niet veel uit in welk land we ons zouden vestigen,” zegt Hirsch. “Ik had nog nooit van Brightlands gehoord, maar ze wekten mijn interesse met hun ambitie om de meest duurzame chemische hub in Europa te worden, met de beste biogebaseerde technologie.”

Daarnaast bood Brightlands een acceleratieprogramma dat zich specifiek richt op chemische startups. “Dat heeft me overtuigd. Er zijn een heleboel programma’s die steun bieden aan nieuwe bedrijven, maar die zijn niet toegespitst op starten in de chemische industrie. Onze tijdlijn en ons verhaal is compleet anders.” Een startup als ETB Global moet bijvoorbeeld veel investeren in validatie. Ze hebben labs en apparatuur nodig en de salescyclus duurt langer. “Ik besloot om te accepteren als ze ons zouden selecteren voor het programma. Zo zijn we hier terecht gekomen.”

Commercieel worden of verdwijnen

De startup wil zo snel mogelijk uitgroeien tot commercieel bedrijf. Daarvoor moeten ze hun proces zo eenvoudig mogelijk houden. “Je moet praktisch zijn als startup. Wat is daadwerkelijk haalbaar? Als je niet snel genoeg commercieel wordt, ga je gewoon verdwijnen. Je moet kunnen concurreren met andere spelers op de markt.” Ze krijgen bijvoorbeeld vaak de vraag of ze hun proces kunnen elektrificeren. “Het antwoord is ja, maar dat zou een extra laag aan complexiteit toevoegen voordat we commercieel kunnen zijn, dus dat heeft op dit moment geen prioriteit.”

Een ander discussiepunt is de herkomst van hun ethanol. Zogenaamd eerstegeneratie-ethanol wordt gemaakt uit bijvoorbeeld maïs of graan, dus hun behoefte kan in theorie botsen met de behoefte aan voedsel. Tweedegeneratie-ethanol, oftewel ethanol gemaakt uit afval, klinkt leuk, maar er is op dit moment maar één werkende commerciële fabriek en die staat in Brazilië. “Er is veel tijd, geld en moeite ingestoken, maar het werd alleen winstgevend op die ene plek onder heel specifieke omstandigheden. Wij willen dat je onze technologie overal ter wereld kunt toepassen.”

Hirsch en collega’s redeneren vanuit hun katalysator en reactorontwerp. “We hebben voor ons proces geen ethanol van hoge zuiverheid nodig, want er zijn bijna geen stoffen die onze katalysator kunnen vergiftigen. Daarnaast is ons reactorontwerp overal ter wereld makkelijk na te bouwen.” Voor hun productzuivering gebruiken ze bestaande technologie die nu ook al in gebruik is om butadieen te zuiveren. “Het wordt al tientallen jaren zo gezuiverd, of het nou van een fossiele grondstof of van ethanol gemaakt is, dat hoeven wij niet anders te doen.”

Eerste in zijn soort

Inmiddels heeft ETB Global een Just Transition Fund-subsidie gekregen om een demonstratieplant te bouwen. “Daarmee kunnen we het proces ontrafelen en samples verzamelen om potentiële klanten te werven. Ons proces is gepatenteerd en we verkopen straks een licentie aan klanten om het te gebruiken. Daarnaast gaan we de katalysator zelf leveren aan klanten.” zegt Hirsch. “Dat worden onze terugkerende inkomsten.”

De ambitie is om in 2030 een commerciële hoeveelheid butadieen op de markt te krijgen. “We denken dat dit vanuit technisch oogpunt een heel realistisch doel is. Nu moeten we het nog financieel en bedrijfsmatig waarmaken”, aldus Hirsch. Ze zijn de demonstratieplant inmiddels aan het bouwen in Geleen. De kennis die ze hiermee verzamelen willen ze uiteindelijk inzetten om een flagship plant te ontwerpen en bouwen.

Hirsch merkt dat de bouw van een nieuw type chemische fabriek vaak niet zozeer een technologisch vraagstuk is, maar eerder een markt- en financieel vraagstuk. “Onze belangrijkste taak, naast de technische validatie, is om de markt klaar te stomen voor onze installatie. Het is nooit makkelijk om de allereerste fabriek in zijn soort te bouwen.”

Waar ook ter wereld

De wereldwijde markt voor butadieen is op dit moment zo’n twaalf miljoen ton. De meeste bedrijven in de chemische industrie en materiaalindustrie streven naar minstens twintig tot 25 procent biogrondstof in 2030. Dat komt neer op 2,4 miljoen ton butadieen uit biogrondstof. “Dat is ambitieus. Bovendien is het met de bestaande massabalansmethode een uitdaging om de exacte herkomst van de biogebaseerde componenten in het eindproduct te achterhalen. Met ons proces kun je direct overgaan op honderd procent biogebaseerde grondstoffen”, zegt Hirsch.

Daarom wil ETB Global licenties verkopen om hun technologie te gebruiken. Zo kan iedere klant, waar ook ter wereld, hun proces gebruiken om butadieen uit ethanol te maken. “Dat zal de transitie echt versnellen. Als we één of twee plants moeten bouwen om aan de markt te bewijzen dat ethanol omzetten in butadieen de beste manier is, dan ga ik mijn best doen om dat voor elkaar te krijgen. Maar daarna wil ik de technologie aan de markt geven.”

ETB Global

De technologie van ETB Global werd ontwikkeld in de onderzoeksgroep van Irina I. Ivanova van de Staatsuniversiteit van Moskou, in samenwerking met onder meer Vitaly Sushkevich (Paul Scherrer Instituut, Zwitserland) en Vitaly Ordmosky (CNRS, Lille Universiteit, Frankrijk). ETB Global is onlangs lid geworden van de VNCI en neemt deel aan de Startup Round Table.

Maak kennis met al onze leden