Industriële Biotechnologie: een roadmap voor Vlaanderen

FISCH Chemistryfor for Sustainability Chemistry Sustainability

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director

Industriële Biotechnologie: een roadmap voor Vlaanderen

Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526 [email protected] www.fi-sch.be

Juni 2015

COLOFON: Deze roadmap werd opgesteld in opdracht van de Vlaamse Overheid, Departement EWI en uitgevoerd door de CINBIOS partners FISCH, Flandersbio en Ghent Bio-Economy Valley. Auteurs: Tine Schaerlaekens, Willem Dhooge, Sofie Dobbelaere Met de medewerking van: Agfa Healthcare, Algist Bruggeman, Aqua Concept, Aveve, Beaulieu Int.Group, BeNatural, Bio Base Europe Pilot Plant, C2Circle, Cargill, Centexbel, Citrique Belge, Departement Landbouw & Visserij, DuPont, Ecotreasures, Flanders’Food, Flanders’PlasticVision, Huntsman, ID&A, Innojiva, IWT, Jacobs Engineering, KHLimburg, KULeuven, Laborelec, Looplife, Millibeter, Nitto Europe, Oleon, Organic Waste Systems, OVAM, POM Oost-Vlaanderen, Proviron, Puratos, Sioen, SITA, Solvay, Tereos, Tessenderlo Group, Thomas More, Tiense suikerraffinaderij, Tobeas, UGent, VIB, VITO. Ondersteund door Cleverconsult en DNV consultants. Gefinancierd via IWT-subsidie en de bijdragen van de ledenbedrijven van FISCH, Flandersbio en GBEV Publicatiedatum Juni 2015


INHOUDSTABEL 1

Executive Summary

2 Samenvatting

6 9

3 Achtergrond van de studie 12 3.1 Definities en afbakening domein 12 3.1.1 Key Enabling Technologies of KETs 12 3.1.2 Industriële Biotechnologie 12 3.1.3 Bioeconomie en biogebaseerde economie 13 3.2 Beleidscontext 14 3.3 Markt voor Industriële Biotechnologie 15 3.3.1 Stand van zaken en prognoses 15 3.3.2 Drivers en belemmeringen 18 3.3.3 Economische impact voor Vlaanderen 18 3.4 Patentanalyse 19 3.4.1 Werkwijze 19 3.4.2 Conclusies 20 4 Werkwijze 21 5 Sectorbeschrijving 5.1 Inleiding 5.2 Chemische sector 5.2.1 Sectoromschrijving 5.2.2 Algemene trends 5.2.3 Rol van Industriële Biotechnologie 5.3 Sector van de materiaalverwerkende nijverheid 5.3.1 Sectoromschrijving 5.3.2 Algemene trends 5.3.3 Rol van Industriële Biotechnologie 5.4 Voedingsindustrie 5.4.1 Sectoromschrijving 5.4.2 Algemene trends 5.4.3 Rol van Industriële Biotechnologie 5.5 Andere toepassingsdomeinen van Industriële Biotechnologie 6 Trends 7 SWOT analyse 7.1 Sterktes

22 22 22 22 23 23 23 23 25 25 26 26 26 26 27 28 30 31

31

7.1.1

Onderzoek en ontwikkeling

7.1.2 Industrie

31

7.1.3 Beleid

32

7.1.4 Grondstoffen

32

3

7.2 Zwaktes

32

33

7.2.1


7.2.2 Industrie

33

7.2.3 Beleid

33

7.2.4 Grondstoffen

34

7.3 Opportuniteiten 34

7.3.1


34

7.3.2 Industrie

34

7.3.3 Maatschappij

35

7.4 Bedreigingen 35

7.4.1

35

7.4.2 Industrie

35

7.4.3 Beleid

36

7.4.4 Grondstoffen

36

7.4.5 Maatschappij

37

8

Waardeketens voor Industriële Biotechnologie in Vlaanderen 38

8.1

Productie van eerste en tweede generatie suikers 40

8.1.1 Grondstoffen

40

8.1.2

Technologie en proces

42

8.1.3

Toepassing en markt

44

8.1.4 Waardering

45

8.1.5 Conclusie

46

8.2

Productie van bulk- en fijnchemicaliën uit 1ste en 2de generatie suikers 47

8.2.1 Grondstoffen

47

8.2.2


47

8.2.3

Toepassing en markt

48

8.2.4 Waardering

51

8.2.5 Conclusie

52

8.3

Materialen en chemicaliën uit ligninerijke grondstoffen 52

8.3.1 Grondstoffen

53

8.3.2


54

8.3.3

Toepassing en markt

54

8.3.4 Waardering

55

8.3.5 Conclusie

55

8.4

4


Conversie van (afval)gas in chemicaliën 56

8.4.1 Grondstoffen

56

8.4.2


57

8.4.3

Toepassing en markt

59

8.4.4 Waardering

60

8.4.5 Conclusie

61


8.5

Waardeketen op basis van vetten en oliën 61

8.5.1 Grondstoffen

62

8.5.2


62

8.5.3

Toepassing en markt

63

8.5.4 Waardering

65

8.5.5 Conclusie

65

8.6

Eiwitrijke stromen voor (vee)voeding en technische toepassingen 65

8.6.1 Grondstoffen

66

8.6.2


67

8.6.3

Toepassing en markt

68

8.6.4 Waardering

69

8.6.5 Conclusie

69

8.7

Natuurlijke componenten voor voeding, farmacie en cosmetica 69

8.7.1 Grondstoffen

70

8.7.2


70

8.7.3

Toepassing en markt

71

8.7.4 Waardering

72

8.7.5 Conclusie

73

8.8

Klassieke toepassingen van fermentatie in de voedingsindustrie 73

8.9

Samenvatting waarderingen 75

8.9.1

Algemene bespreking van de verschillende stappen in de waardeketens

75

8.9.2

Bespreking van de verschillende waardeketens

76

9

Technologiedomeinen voor Industriële Biotechnologie 78

9.1

Nieuwe micro-organismen en enzymen 79

9.2

Microbiële genetica en werking enzymen 80

9.3

Omics en bioinformatica 81

9.4

Metabolic en enzyme engineering, modellering en synthetische biologie 82

9.5

Bioprocesontwikkeling voor fermentatie en biokatalyse 84

9.6

Downstream processing 85

9.7

Upstream processing en procesintegratie 86

10

Inkoppeling met Europese programma’s 87

11

Conclusies en actielijnen 92

Bijlagen

99

Bijlage 1: Patentanalyse ECOOM

99

Bijlage 2: Resultaten online bevraging

108

Bijlage 3: Onderzoeksgroepen in Vlaanderen 112

5

1 Executive Summar y

In 2009, the European Commission identified six “Key Enabling Technologies or KETs” as being crucial for the competitiveness of European industries. These KETs are considered to be the main driving forces behind the development of a significant part of future goods and services worldwide. They will play an important role in the R&D and innovation strategies of many industries and are crucial for the transformation of our society into a low carbon, knowledge-based economy. One of these KETs is Industrial Biotechnology. Industrial Biotechnology is the application of modern biotechnology for the production of chemicals, materials and energy, thereby using one of two key processes: fermentation (directed use of micro-organisms in industrial production processes) and biocatalysis (the use of enzymes to catalyse a chemical reaction). Industrial Biotechnology comprises the integrated application of several scientific disciplines like biochemistry, microbiology, molecular genetics and process technology for the development of useful products and processes. Its application domains are broad and can be found in traditional sectors like chemistry, food, health and energy. Already today it is used for the production of a broad range of products like fine chemicals, pharmaceutical ingredients, colorants, flavours and fragrances, solvents, bioplastics, vitamins, food ingredients and additives, and biofuels. In June 2013, the Flemish Government through its innovation agency IWT launched a call for the development of a “Roadmap for Flanders” for each of the six KETs. These roadmaps should enable the development of a Flemish “Innovation & Industrialisation” strategy answering to the European call for regions towards smart specialisation. Indeed, an objective analysis of the strengths and

6


weaknesses of Flanders in these key technology areas of the future will help to define priorities for e.g. the contribution of Flanders to European programs. The CINBIOS consortium, consisting of the partner organisations FISCH, FlandersBio and Ghent Bio-Economy Valley, was granted the execution of this roadmapping exercise for the KET Industrial Biotechnology. The current KET-IB roadmap was drafted according to the proven “Value” or “Technology” roadmapping process. During the whole process, emphasis was put on interaction with the different groups of stakeholders being companies, knowledge institutes and governmental organisations, in order to gather as much qualitative input as possible. An initial preparatory study listed the main trends at the European level in the domain of industrial biotechnology (PPP initiatives, EU regulations, research and innovation trends,...) and identified 4 key market segments:1) bulk chemicals and biofuels, 2) fine chemicals, 3) agro- and food-products and 4) biomaterials. These were analysed in a series of group and individual interviews with companies. Through a broad online enquiry and an extended workshop with 8 parallel sessions more insight was gathered into the products, processes and value chains in the domain of Industrial Biotechnology and the Biobased Economy. Also for the analysis of the different technologies at the base of these value chains key researchers from academia and industry were interviewed. This roadmap is a compilation of all this information, where necessary, complemented by a literature study in case of lacking information and finally challenged by a number of experts in the field. The present document therefore gathers the information, opinions and analyses of over 150 people, sourced from

a broad stakeholder population active in the field through an intensive and iterative process taking approximately 9 months. The following paragraphs give a short summary of the conclusions of this roadmap. For the complete conclusions, we refer to Chapter 11. Flanders has a considerable specialisation in Industrial Biotechnology. This can be concluded from an independent patent analysis performed by the ECOOM institute on a strict selection of only those patent classes with high relevance for the domain of Industrial Biotechnology. A subsequent inventory of the Flemish research institutes showed that Flanders has an important and broad research expertise in all technology domains within the field of Industrial Biotechnology. In addition, Flanders has obvious strengths in the fields of industry and logistics with a crucial role for the Flemish chemical industry cluster and the harbours of Ghent and Antwerp. The analysis of the potentially interesting value chains for Industrial Biotechnology and the Biobased Economy, revealed four value chains as being promising for Flanders. The first two will have an immediate relevance on the short to medium term, while the second two are considered promising on a medium to long term. The most prominent and relevant value chain for Flanders in the short to medium term is the production of fine chemicals from sugars and starch and possibly other biobased feedstock. The production of chemicals from sugars and starch is one of the most important application domains of Industrial Biotechnology. The production of biobased fine chemicals suffers less from limiting factors like price competition with the fossil-based alternatives or a difficult access to feedstock resources than is the case for bulk chemicals. In addition, the strong presence of a sugar- and starch-industry in Flanders is a major asset.

A second important value chain for Flanders on the short to medium term is the generation and use of second generation sugars as feedstock for Industrial Biotechnology and green chemistry processes. The field of second generation sugars as a resource for several biotechnological and chemical conversions is currently in full technological development. A number of technologies is already available at pilot and demonstration scale in a number of countries worldwide, but the logistics, infrastructure and economic viability remain important challenges, especially for Flanders with its fragmented and dispersed agriculture. A third promising value chain on the medium to long term, is the use of lignin-rich resources for the production of high added value materials and chemicals. Theoretically, enormous amounts of lignin-rich resources are available in Europe and the world, with numerous and diverse potential applications. For the chemical sector in Flanders, one of the most promising applications is the production of bio-aromatic compounds. Nevertheless, this research field still needs important new developments to overcome the technological, logistical and regulatory hurdles preventing the realisation of this new value chain in Flanders and abroad. Finally, a fourth value chain with potential for Flanders on the medium to long term, is the conversion of carbonaceous (waste)-gases to chemicals. Theoretically, enormous amounts of CO2- and CO-rich resources are available, especially in Flanders with its high concentration of industrial activity. Although the potential applications are numerous and diverse, the challenges for the development of this new value chain are great. Research on (syn)gas fermentation is to a large extent still under development, but is promising and evolving fast. Main challenges are the logistics (collection, transportation) and the cleaning of these waste gases. If successful, it is a very promising biotechnological route towards creating tomorrow’s chemicals while at the same time addressing one of the major societal chal-

7

lenges which is climate change. In addition to the specific technological developments needed for each of the four value chains described above, two horizontal technology domains are identified as being crucial for the further implementation of these new value chains based on Industrial Biotechnology in Flanders. Firstly, new mild pretreatment technologies for bio-based feedstock are needed that enable the release of sugars from lignocellulosic feedstock while at the same time preserving the other valuable compounds present in the biomass, as such allowing their optimal valorisation within a biorefinery concept. Secondly, research is needed on the logistics of the biobased resources, as this cost element might be a crucial factor when building new value chains on second generation resources like lignocellulose and waste gases. In order to realise the four value chains and tackle both horizontal technology domains in an efficient way, more interdisciplinary collaboration will be needed between research groups with expertise in the key domains of industrial biotechnology and research groups with complementary technological expertises like chemical conversion, process technology, logistics and economical and ecological impact analyses. Currently, several initiatives are already being taken in Flanders by a number of stakeholders to develop and implement the above described value chains. More specifically, collaborations are being set up for research and demonstration activities in the fields of bio-aromatics, syngas fermentation and logistics of second generation resources. These bottom-up initiatives in collaboration with industry can form an important stimulus for the development of the identified value chains on a relatively short term. However, a clear commitment and support from the Flemish government for these initiatives is needed. In addition, it is important that the Flemish government creates the necessary enabling preconditions in its policy framework and makes efforts to:

8


• Develop a clear long term vision for the transition towards a sustainable bio-economy, and improve the consistency of the different policy domains to this end; • Create a level playing field between the different application domains of biobased resources; • Establish a coherent and transparent support framework for the whole innovation funnel, from demand driven strategic basic research on the one side to pilot- and demonstrationprojects on the other side; • Improve transregional and transnational collaboration; • Support a representative knowledge platform and central contact point for the Bio-based Economy in Flanders; • And finally and most importantly select BioEconomy as a “Smart Specialisation” for the region of Flanders. This roadmapping exercise was performed at the request of the Flemish Government with the aim to deliver the necessary data to support and justify a new innovation- and industrialisation strategy for the Flemish economy based on biological resources and processes. This study gathered input from more than 150 stakeholders from industry, research institutes and Flemish administrations. It is clear that Flanders has a number of assets to play an important role in the biobased economy. Companies in Flanders show a clear interest to work on and invest in the development of the biobased economy. However, it is now up to the Flemish Government to give consideration to the conclusions and recommendations from this roadmap and translate them into concrete policy measures.

2. Samenvatting

In 2009 identificeerde de Europese Commissie zes sleuteltechnologieën of “Key Enabling Technologies” (KETs) als zijnde cruciaal voor de herstructurering en modernisering van de Europese industrie. Deze technologieën moeten het mogelijk maken nieuwe goederen en diensten te ontwikkelen, rekening houdend met de maatschappelijke uitdagingen, en tegelijk bijdragen tot het uitbouwen van een sterke basis voor onderzoek, ontwikkeling en innovatie in Europa. Eén van deze zes KETs is Industriële Biotechnologie. Industriële Biotechnologie omvat de toepassing van moderne biotechnologie voor de productie van chemische stoffen, materialen en energie. Zij steunt voornamelijk op twee grote pijlers, namelijk de fermentatietechnologie (gericht gebruik van nuttige micro-organismen in industriële processen) en de biokatalyse (gebruik van enzymen om chemische reacties te katalyseren). Industriële Biotechnologie is een multidisciplinaire technologie die het geïntegreerd toepassen van wetenschappelijke disciplines zoals de biochemie, microbiologie, moleculaire genetica en procestechnologie omvat ter ontwikkeling van nuttige processen en producten. Zij is vandaag sterk in opmars en wordt toegepast binnen de domeinen van de chemie, voeding, gezondheidszorg en energievoorziening voor de productie van een heel breed gamma aan stoffen, zoals fijnchemicaliën, farmaceutische grondstoffen, kleurstoffen, geur- en smaakstoffen, solventen, bioplastics, vitamines, voedingsingrediënten en additieven, en biobrandstoffen. In juni 2013 lanceerde de Vlaamse Overheid via het IWT een oproep om voor de zes KETs Vlaamse roadmaps op te stellen met als doelstelling de ontwikkeling van een eigen Vlaamse strategie op basis van onderbouwde strategische keuzes.

Deze moeten bovendien toelaten de prioriteiten te bepalen van de Vlaamse inzet in Europese programma’s en bijdragen tot een Vlaamse innovatie- en industrialisatie-strategie. Het CINBIOS consortium bestaande uit de partner organisaties FISCH, FlandersBio en Ghent Bio-Economy Valley hebben zich kandidaat gesteld en werden geselecteerd om deze roadmap oefening voor de KET Industriële Biotechnologie verder vorm te geven en uit te voeren. De hier voorliggende roadmap KET-IB werd opgesteld volgens het beproefde “Value” of “Technology roadmapping” proces, waarbij de nadruk lag op interactie met de verschillende stakeholders zijnde bedrijven, kennisinstellingen en overheden, teneinde zoveel mogelijk kwalitatieve input te verzamelen. Een korte voorstudie leverde een overzicht op van de belangrijkste trends in het domein van de Industriële Biotechnologie op Europees niveau (rond onderzoek en innovatie, EU regelgeving, PPS initiatieven,…) en identificeerde vier belangrijke marktsegmenten, namelijk 1) bulkchemicaliën en biobrandstoffen, 2) fijnchemicaliën, 3) agro- en voedingsproducten en 4) biomaterialen. Deze werden uitgebreid geanalyseerd in een reeks individuele en groepsinterviews Via een brede online bevraging en een grote workshop met acht parallelle werksessies werd een beter inzicht verkregen in de producten, processen en waardeketens in het domein van de Industriële Biotechnologie en de Biogebaseerde Economie. Ook voor de uitwerking van de technologieën werden opnieuw verschillende sleutelpersonen geïnterviewd. Voorliggend document is een compilatie van al deze informatie, waar nodig aangevuld met een literatuurstudie en finaal nagelezen door een aantal experten in het domein. Het bevat de informatie, meningen en

9

analyses van meer dan 150 stakeholders in het domein en kan dan ook gezien worden als het resultaat van een uitgebreide stakeholder bevraging in het domein van de Industriële Biotechnologie en de Biogebaseerde Economie. In de volgende paragrafen worden de conclusies van het beschreven roadmapping proces kort samengevat. Voor de volledige conclusies verwijzen we naar Hoofdstuk 11. Er is in Vlaanderen een aanzienlijke specialisatie voor Industriële Biotechnologie. Dat blijkt uit een patentanalyse die werd uitgevoerd in samenwerking met ECOOM, en die gebaseerd is op een selectie van patent-klassen relevant voor het domein van de Industriële Biotechnologie. Uit een verdere analyse van de expertise die aanwezig is in onze onderzoeksinstellingen blijkt bovendien dat we sterke onderzoekscompetenties hebben in alle technologiedomeinen binnen de Industriële Biotechnologie. Naast de aanwezigheid van sterke onderzoeksgroepen in het domein, heeft Vlaanderen ook sterktes op vlak van industrie en logistiek. De belangrijke chemische industrie en de sterke logistiek met de Havens van Gent en Antwerpen, spelen daarbij een sleutelrol. Analyse van de potentieel interessante waardeketens voor Industriële Biotechnologie en de Biogebaseerde Economie, leverde vier waardeketens op die als kansrijk voor Vlaanderen kunnen beschouwd worden. De eerste twee zijn kansrijk op korte tot middellange termijn, de volgende twee zijn kansrijk op middellange tot lange termijn. Een eerste kansrijke waardeketen op korte tot middellange termijn is de productie van fijnchemicaliën uit suikers en zetmeel en eventueel andere hernieuwbare grondstoffen. De productie van chemicaliën uit suikers en zetmeel is één van de belangrijkste toepassingsdomeinen van de Industriële Biotechnologie. Voor fijnchemicaliën spelen beperkende factoren als prijsconcurrentie met het fossiele alternatief en moeilijke toegang tot grondstoffen

10


minder dan voor de bulkchemie. Bovendien vormt de sterke aanwezigheid van de suiker- en zetmeelindustrie in Vlaanderen een belangrijke troef. Een tweede kansrijke waardeketen op korte tot middellange termijn is de productie en het gebruik van tweede generatie suikers als grondstof voor Industriële Biotechnologie en groene chemie. Het gebruik van tweede generatie suikers als grondstof voor tal van biotechnologische en chemische omzettingen is momenteel volop in technologische ontwikkeling. Er zijn reeds een aantal technologieën beschikbaar op piloot- en demoschaal wereldwijd, maar de logistiek, infrastructuur en economische haalbaarheid blijven belangrijke uitdagingen. Een derde kansrijke waardeketen voor Vlaanderen, die zich eerder op de middellange tot lange termijn situeert, is het gebruik van ligninerijke grondstoffen voor hoogwaardige materialen en chemicaliën. Theoretisch zijn er enorme hoeveelheden ligninerijke grondstoffen beschikbaar in Europa en wereldwijd, met een groot en divers potentieel aan toepassingen. Eén van de meest beloftevolle toepassingen voor de chemische sector in Vlaanderen zijn de bio-aromaten, een belangrijke productgroep in de chemie. Nieuwe ontwikkelingen zijn echter nodig, zowel op het vlak van technologie als logistiek en regelgeving, teneinde deze nieuwe waardeketen verder te kunnen uitbouwen in Vlaanderen. Een vierde kansrijke waardeketen voor Vlaanderen tenslotte, die zich eerder op de middellange tot lange termijn situeert, is de . Theoretisch zijn er enorme hoeveelheden CO2- en CO-rijke grondstoffen beschikbaar, zeker in Vlaanderen met zijn hoge concentratie aan industriële activiteit. Hoewel het potentieel aan toepassingen talrijk en divers is, zijn de uitdagingen voor de verdere uitbouw van deze nieuwe waardeketen in Vlaanderen groot. Het onderzoek naar (syn)gas fermentatie staat nog in de beginfase, maar is veelbelovend en evolueert snel. De belangrijkste uitdagingen voor de ontwikkeling van deze nieuwe waardeketen zijn de uitbouw van de logistiek en de opzuivering van de afvalgassen. Indien succesvol vormt deze waarde-

keten een veelbelovende biotechnologische route voor de productie van de chemicaliën van morgen, terwijl tegelijkertijd een oplossing geboden wordt voor één van de belangrijkste maatschappelijke uitdagingen, nl. de klimaatsverandering. Naast de specifieke technologische ontwikkelingen zoals ze hierboven vernoemd worden voor elk van de vier waardeketens, werden nog twee horizontale technologiedomeinen geïdentificeerd als cruciaal voor de verdere implementatie van deze nieuwe waardeketens gebaseerd op Industriële Biotechnologie in Vlaanderen. Ten eerste moet er gewerkt worden aan nieuwe milde ontsluitingstechnologieën voor hernieuwbare grondstoffen die toelaten om suikers uit de lignocelluloserijke grondstof te isoleren, terwijl tegelijkertijd de andere waardevolle componenten behouden blijven zodat een optimale verwaarding van alle componenten uit de biomassa mogelijk is volgens het bioraffinage concept. Ten tweede dient er onderzoek te gebeuren naar de logistiek van de grondstof, aangezien dit als een bepalende factor werd geïdentificeerd voor het welslagen van waardeketens gebaseerd op tweede generatie grondstoffen zoals lignocellulose en afvalgassen. Voor de realisatie van de vier waardeketens en een efficiënte inzet op beide horizontale technologiedomeinen zal meer interdisciplinaire samenwerking nodig zijn tussen de onderzoeksgroepen met expertise in de kerndomeinen van Industriële Biotechnologie en de onderzoeksgroepen met andere expertises zoals chemische conversie, procestechnologie, logistiek en economische en ecologische impactanalyses. Momenteel lopen er binnen Vlaanderen al heel wat acties en initiatieven die een invulling willen geven aan de uitbouw van de hier als kansrijk geïdentificeerde waardeketens, meer bepaald rond bioaromaten, syngas fermentatie en logistiek van tweede generatie grondstoffen. Deze bottomup initiatieven in samenwerking met de industrie kunnen op relatief korte termijn een belangrijke stimulans vormen voor de verdere uitbouw van de hier geïdentificeerde waardeketens. Daarvoor is het

echter belangrijk dat zij ook worden ondersteund vanuit het Vlaamse beleid. Daarnaast is het belangrijk dat de Vlaamse Overheid werk maakt van het creëren van de noodzakelijke “enabling” randvoorwaarden in het beleid en de nodige inspanningen doet om: • een duidelijke langetermijnvisie te ontwikkelen voor de transitie naar een duurzame biogebaseerde economie, die resulteert in een coherent beleid over de verschillende beleidsdomeinen heen; • te streven naar een “level playing field” voor de verschillende toepassingsdomeinen van biogebaseerde grondstoffen; • bioeconomie als slimme specialisatie aan te duiden voor Vlaanderen; • een coherent en transparant steunkader te scheppen over de hele innovatieketen, met extra middelen voor vraaggedreven strategisch basisonderzoek aan de éne kant en voor demonstratie- en pilootprojecten aan de andere kant; • transnationale en transregionale samenwerking te bevorderen; • en een gedragen kennisplatform en centraal aanspreekpunt voor de biogebaseerde economie te ondersteunen. Deze roadmap oefening werd uitgevoerd op vraag van de Vlaamse Overheid met als doelstelling de noodzakelijke data aan te leveren ter ondersteuning en onderbouwing van een nieuwe innovatie- en industrialisatie-strategie voor de Vlaamse economie. Deze studie verzamelde input van meer dan 150 stakeholders uit de industrie, kennisinstellingen en de Vlaamse administraties. Uit de studie blijkt dat Vlaanderen een aantal duidelijke troeven heeft om in de biogebaseerde economie een rol van betekenis te spelen. Er is ook een duidelijke interesse en wil van het Vlaamse bedrijfsleven om hier aan mee te werken en te investeren. Het is nu aan de Vlaamse Overheid om de conclusies en aanbevelingen uit deze roadmap ter harte te nemen en te vertalen in concrete beleidsmaatregelen.

11

3. Ac htergrond van de studie

3.1 Definities en afbakening domein 3.1.1 Key Enabling Technologies of KETs In 2009 identificeerde de Europese Unie zes sleuteltechnologieën of “Key Enabling Technologies” (KETs) als zijnde cruciaal voor de herstructurering en modernisering van de Europese industrie. Deze technologieën moeten het mogelijk maken nieuwe goederen en diensten te ontwikkelen, rekening houdend met de maatschappelijke uitdagingen, en tegelijk bijdragen tot het uitbouwen van een sterke basis voor onderzoek, ontwikkeling en innovatie in Europa. De Commissie definieert de KETs als kennisintensief en geassocieerd met intensief onderzoek en ontwikkeling, snelle innovatiecycli, hoge kapitaaluitgaven en geschoolde arbeid. KETs zijn een belangrijke bron van innovatie. Naar schatting zal elke euro die op dit gebied in onderzoek en innovatie wordt gestoken, het tienvoudige opbrengen. De Commissie heeft de noodzaak voor een con-

sistente benadering van de KETs onderkend in de nieuwe generatie van financiële programma’s van de EU. Voor het volgende meerjarig financieel kader heeft de Commissie een meer gebalanceerde en efficiëntere verdeling van EU-middelen voor alle stadia van Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie van de KETs voorgesteld. Activiteiten die vallen onder Horizon 2020, het cohesiebeleid van de EU (structuurfondsen) en het beleid van de Europese Investeringsbank worden daarom aangepast en nauwlettend gecoördineerd zodat zij bijdragen aan de Europese KET-strategie. 3.1.2 Industriële Biotechnologie Industriële Biotechnologie omvat de toepassing van moderne biotechnologie voor de productie van chemische stoffen, materialen en energie. Zij steunt voornamelijk op twee grote pijlers, namelijk de biokatalyse (gebruik van enzymen om chemische reacties te katalyseren) en de fermentatietechnologie (gericht gebruik van nuttige microorganismen in industriële processen)(Figuur 1). Industriële Biotechnologie is een multidisciplinaire Hernieuwbare grondstoffen

Micro-organismen

Fermentatie

Figuur 1: Schematisch overzicht van de rol van Industriële Biotechnologie.1

Intermediairen, bulk en fine chemicals, enzymen, biobrandstoffen…

Biokatalyse Bioconversie

Enzymen

12


Hernieuwbare grondstoffen

Chemische intermediairen 1 Haalbaarheidsstudie: Masterplan Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen, Philippe Willems/Wesley Carpentier, December 2007

technologie die het geïntegreerd toepassen van wetenschappelijke disciplines zoals de biochemie, microbiologie, moleculaire genetica en procestechnologie omvat ter ontwikkeling van nuttige processen en producten. Zij is vandaag sterk in opmars en wordt toegepast binnen de domeinen van de chemie, voeding, gezondheidszorg en energievoorziening voor de productie van een heel breed gamma aan stoffen, zoals fijnchemicaliën, farmaceutische grondstoffen, kleurstoffen, geur- en smaakstoffen, solventen, bioplastics, vitamines, voedingsingrediënten en additieven en biobrandstoffen. 3.1.3 Bioeconomie en biogebaseerde economie Hoewel deze roadmap focust op de Industriële Biotechnologie zelf, wordt deze gekaderd binnen het grotere geheel van de biogebaseerde economie. De relatie tussen Industriële Biotechnologie, biogebaseerde economie en bioeconomie

wordt verduidelijkt in figuur 2. De bioeconomie omvat het geheel van activiteiten en sectoren die biomassa produceren en gebruiken. De biogebaseerde economie omvat het gebruik van biomassa voor de productie van materialen en energie en vormt als dusdanig een onderdeel van de bioeconomie. De Industriële Biotechnologie is een sleuteltechnologie voor de biogebaseerde economie, en ligt aan de basis van de productie van heel wat biogebaseerde producten. De overlap tussen biogebaseerde economie en Industriële Biotechnologie is echter niet volledig: enerzijds vormt Industriële Biotechnologie meestal maar één van de vele stappen in de vervaardiging van biogebaseerde producten en bestaan er ook biogebaseerde processen die géén gebruik maken van Industriële Biotechnologie, anderzijds wordt Industriële Biotechnologie ook toegepast buiten de biogebaseerde economie, bijvoorbeeld in de voedingssector en in milieu-toepassingen.

Figuur 2: Schematisch overzicht van de relatie tussen “Bioeconomie”, “Biogebaseerde economie of BBE” en Industriële Biotechnologie. Gebaseerd en aangepast op basis van het Mina-raad Advies “Duurzaam gebruik van biomassa in een bioeconomie” 2.

Mina-raad Advies “Duurzaam gebruik van biomassa in een bio-economie”, Feb 2013. Via http://www.minaraad.be/adviezen/2013/eigen-initiatief-biomassa

2

13

3.2 Beleidscontext De “Key Enabling Technologies” waaronder Industriële Biotechnologie vormen een hoeksteen van het innovatiebeleid zowel op Europees als op Vlaams niveau. Europese innovatie-ondersteunende activiteiten zoals Horizon 2020, de structuurfondsen en het beleid van de Europese Investeringsbank zullen moeten bijdragen aan de Europese KET-strategie. Ook de Slimme Specialisatie strategie voor Vlaanderen zal geënt zijn op de KETs. Naast het initiatief rond de KETs, is er heel wat wetgeving en beleid dat raakt aan het domein van de Industriële Biotechnologie en de biogebaseerde economie, en dit zowel op het Vlaamse, het Belgische als het Europese niveau. Dit gaat niet enkel over onderzoek en innovatie, maar ook over industrieel beleid, milieu, grondstoffenefficiëntie, klimaat en productbeleid. In deze roadmap beperken we ons tot het opsommen van de belangrijkste relevante beleidsinitiatieven. Visie, strategie en aanzet tot actieplan van de Vlaamse overheid voor een duurzame en competitieve bioeconomie in 2030 3 Deze publicatie die de Vlaamse visie en strategie bevat voor een Vlaamse bioeconomie, werd goedgekeurd door de Vlaamse regering op 19 juli 2013. Een duurzame bioeconomie waarin innovatie centraal staat, biedt enorme mogelijkheden voor onder andere het verder uitbouwen van een kringloopeconomie, het optimale gebruik van grondstoffen en economische groei. Vlaanderen zet daarom in op een duurzame en competitieve bioeconomie, waarvan het belang in de toekomst alleen maar zal toenemen. Duurzaam Materialenbeheer 4 Duurzaam materialenbeheer is één van de dertien maatschappelijke uitdagingen binnen ViA en zou de hoeksteen moeten worden voor een groenere economie. Op 6 juni 2011 gingen 33 stakeholders het engagement aan om een gemeenschappelijk actieplan op te stellen, wat in

14


2012 is uitgemond in het Vlaams Materialenprogramma. Het plan moet tegen 2020 de basis leggen voor een economie waarin materialen in slim gesloten circuits draaien. Het actieplan bestaat uit 9 cruciale hefbomen waaronder Duurzame chemie en kunststoffen in een continue kringloop en de Biogebaseerde economie (BBE). Europese strategie voor de bioeconomie 5 In februari 2012 heeft de Europese Commissie een strategie en actieplan goedgekeurd om het gebruik van hernieuwbare hulpbronnen in onze economie te vergroten en deze op duurzamere wijze te benutten: “Innovatie voor duurzame groei: een bioeconomie voor Europa”. De strategie en het actieplan voor een bioeconomie moeten de weg vrijmaken voor een meer innoverende, duurzame en competitieve maatschappij, die voedselzekerheid verzoent met het gebruik van hernieuwbare grondstoffen voor industriële doeleinden. Het actieplan berust op drie pijlers: de ontwikkeling van nieuwe technologieën en processen voor de bioeconomie, de ontwikkeling van markten en concurrentievermogen in de bioeconomische sectoren, en beleidsmakers en andere belanghebbenden stimuleren om nauwer samen te werken, over de industriële sectoren heen. Als onderdeel van de Europese strategie heeft de Commissie recentelijk de Europese Raad voor bioeconomie opgericht alsook het Europees bioeconomie observatorium. Europese strategie voor een grondstoffen-efficiënt Europa 6 Dit Europese “flagship” initiatief ondersteunt de transitie naar een grondstoffen-efficiënte en lagekoolstof economie om zo duurzame groei te bereiken. We moeten af van ons huidige patroon van grondstof-verbruik, en moeten onze grondstoffen-efficiëntie drastisch verbeteren om groei en jobs in Europa te verzekeren. Deze inspanningen zullen belangrijke economische opportuniteiten teweegbrengen, de productiviteit verbeteren, de kosten verlagen en de competitiviteit een boost geven. Deze strategie wil een lange-termijn kader

aanbieden voor acties in verschillende beleidsdomeinen waaronder klimaatverandering, energie, tarnsport, industrie, grondstoffen, landbouw, visserij, biodiversiteit en regionale ontwikkeling.

3.3 Markt voor Industriële Biotechnologie 3.3.1 Stand van zaken en prognoses De ‘klassieke’ Industriële Biotechnologie wordt reeds millennia lang gebruikt bij het maken van bv. brood, kaas, bier en wijn. Het is echter pas door

de recente technologische vooruitgang en ons beter inzicht in cellulair metabolisme en genetica dat nieuwe opportuniteiten zich aanbieden. Moderne witte biotechnologie is een relatief nieuwe discipline, waarbij verschillende kennisdomeinen nog steeds verder ontwikkeld moeten worden. Er wordt dan ook een aanzienlijke groei verwacht in de komende jaren (gelijkaardig aan de trends die opgetekend werden voor de medische (rode) biotechnologie en de groene of plantenbiotechnologie), zoals vooropgesteld door verscheidene studies (Figuur 3).

Figuur 3: Industriële Biotechnologie: de volgende S-curve in biotechnologie?7

Bio-economie in Vlaanderen: Visie, strategie en aanzet tot actieplan van de Vlaamse overheid voor een duurzame en competitieve bioeconomie in 2030, Vlaamse Overheid. Via (http://www.vlaanderen.be/nl/publicaties/detail/bioeconomie-in-vlaanderen)

3

Meer info via http://www.vlaamsmaterialenprogramma.be

4

“Innovating for Sustainable Growth: A Bioeconomy for Europe”, {SWD(2012) 11 final}

5 6

“A resource-efficient Europe – Flagship initiative under the Europe 2020 Strategy”, Brussels, 26.1.2011, COM(2011)

White Biotechnology, McKinsey & Company, Feb 2009

7

15

Het gebruik van biotechnologie voor de chemische productie is in de afgelopen tien jaar toegenomen en zal waarschijnlijk blijven toenemen, gedreven door de stijgende energiekosten, nieuwe chemische wetgeving en steeds strengere milieuregels. Volgens Festel Capital was de wereldwijde verkoop van chemicaliën (exclusief biobrandstoffen) gemaakt via biotechnologische processen in 2007 goed voor ongeveer 48 miljard euro of 3,5% van de totale chemische omzet. De voorspelling is dat dit tegen 2017 zal gestegen zijn tot ongeveer 340 miljard euro of 15,4% van de totale omzet in chemische industrie. Op basis van hun onderzoek waren de belangrijkste subsegmenten in 2007 cosmetica en actieve farmaceutische ingrediënten (API).

Andere bronnen vertrekken van lichtjes andere veronderstellingen. Een meer recente studie door het Europese BIO-TIC consortium8 bestudeerde de Europese chemische en biogebaseerde markt, met inclusie van biobrandstoffen en biogas. De actieve farmaceutische ingrediënten werden niet als dusdanig geïncludeerd, maar wel de specifieke via biotechnologie verkregen moleculaire bouwstenen voor deze API’s. Deze afbakening benadert heel sterk deze van de voorliggende roadmap. Gebaseerd op beschikbare marktinformatie, schat het BIOTIC consortium de huidige (2013) EU-markt voor de IB sector in zijn geheel op 28 miljard euro. Verreweg het grootste productsegment is antibiotica, gevolgd door biogas en bioethanol (Figuur 4).

Figuur 4: Waarde van de IB marktvraag in de EU 9

8

http://www.industrialbiotech-europe.eu/

9

BIO-TIC Market Roadmap: Draft 2, 2013. Meer info via http://www.industrialbiotech-europe.eu/

16


Volgens de BIOTIC prognoses zal de IB markt in de EU uitgroeien van 28 miljard EUR in 2013 naar 41 miljard EUR in 2020, en naar 52 miljard euro in 2030 (Figuur 5). Deze ontwikkeling betekent een jaarlijkse samengestelde gemiddelde groei (CAGR) van 4% tussen 2010 en 2030.

de ontwikkeling van nieuwe, efficiënte en kostcompetitieve processen die “drop-in” biogebaseerde producten produceren (dit zijn producten analoog aan hun conventionele tegenhanger die onmiddellijk via bestaande toepassingen op de markt kunnen worden gebracht)

Figuur 5: Prognose voor de IB markt (miljard Euro) in de EU tot 2030 – per productcategorie.10

Wanneer de individuele productsegmenten worden bekeken, kan een onderscheid gemaakt worden in: • twee grote en eerder stagnerende productsegmenten, namelijk antibiotica en biogas; • twee sterk groeiende productgroepen, namelijk bioethanol en bioplastics/biopolymeren; • verscheidene kleinere en stagnerende productsegmenten zoals biosolventen en vitaminen. Algemeen kunnen de volgende ontwikkelingen binnen de markt voor Industriële Biotechnologie verwacht worden voor de periode 2013-202311: • Vele van de huidige onderzoeksprojecten bereiken de demonstratie of zelfs eerste commerciële fase, waardoor de volgende 10 jaar cruciaal zullen zijn voor de validatie van biogebaseerde chemicaliën en geavanceerde biobrandstoffen. • De markt wordt voornamelijk gedreven door

• Alhoewel belangrijke investeringen zullen blijven plaatsvinden in Europa en de VS, worden de volgende 10 jaar gekenmerkt door bestaande “petrochemie” bedrijven uit Azië (China, Thailand, Zuid-Korea en Maleisië), het MiddenOosten en Latijns-Amerika die op deze wijze hun technologische capaciteiten willen ontwikkelen of diversifiëren. We zien ook een stijgend aantal partnerships en JV’s, en de ontwikkeling van clusters voor een optimaal gebruik van grondstoffen, bijproducten en energie. • Waar de productie van ethanol als brandstof vandaag voornamelijk door de wetgeving wordt gedreven, zien we de volgende 10 jaar een stijgend gebruik van ethanol voor de productie van ethyleen waarbij een duidelijke link ontstaat met de petrochemie. Biobutanol, geproduceerd uit lignocellulose, wordt belangrijk als biobrandstof en als solvent. Rubber kan worden geproduceerd uitgaande van biogebaseerd isopreen.

10

BIO-TIC Market Roadmap: Draft 2, 2013. Meer info via http://www.industrialbiotech-europe.eu/

11

D. Carrez, persoonlijke mededeling; Smithers Rapra - The Future of Alliances and Partnerships in Industrial Biotechnology to 2023 (2013)

17

3.3.2 Drivers en belemmeringen In bovenstaande BIO-TIC studie werd in 8 landen gepeild naar de belangrijkste drivers voor de ontwikkeling van de Industriële Biotechnologiemarkt. Gemiddeld gezien beoordeelden de 138 bevraagden populatiegroei, milieubezorgdheden (klimaatverandering, CO2-uitstoot, toenemend belang van duurzaamheid), kansen voor de ontwikkeling van producten met nieuwe eigenschappen en de kostprijscompetitiviteit van de grondstoffen als evenredig belangrijke factoren hiervoor. In een online CINBIOS enquête die eind 2009 werd afgenomen antwoordden 250 personen, waarvan 51% vanuit het bedrijfsleven (evenredig verdeeld over chemie, agro-food, milieu, farmacie en (bio )energie) dat de belangrijkste interesses voor Industriële Biotechnologie lagen in de kansen die deze technologie biedt als bron voor nieuwe producten en/of intermediaire grondstoffen en de mogelijkheid van IB als alternatieve, duurzamere technologie voor de huidige processen. Een tweede enquête die in 2013 werd afgenomen door CINBIOS, dit maal in samenwerking met de Vlaamse overheid (EWI), peilde naar de belemmeringen die bedrijven ervaren als producent en/of potentiële afnemer van biogebaseerde producten. De belangrijkste elementen die hierbij naar boven kwamen waren gerelateerd aan een gepercipieerd gebrek aan • Kennis over de biogebaseerde opportuniteiten en mogelijkheden • Kennis over de juiste expertises in Vlaanderen, of de juiste business partners • Risicokapitaal voor het lanceren van nieuwe initiatieven Daarnaast stipten de 82 respondenten uit de industrie een aantal beleidsgerelateerde belemmeringen op: • Een gebrek aan financiële stimuli voor demonstratiefase-onderzoek

• Een gebrek aan een duidelijke langetermijnvisie in het beleid • De noodzaak aan coherentie in het beleid dat een “level playing field” moet bieden voor alle biogebaseerde producten. Een laatste categorie van moeilijkheden die bedrijven ervaren had te maken met de kostprijs van biogebaseerde grondstoffen, de relatief beperkte interesse van de consumenten voor biogebaseerde producten en de hieruit voortvloeiende beperkte meerprijs die producenten kunnen vragen voor hun -duurdere- producten en tenslotte het ontbreken van financiële stimuli voor de marktintroductie van biogebaseerde producten. 3.3.3 Economische impact voor Vlaanderen In de Haalbaarheidsstudie Industriële Biotechnologie (2008) werd een analyse gemaakt van de Vlaamse biotechnologische industrie. Deze analyse onderscheidde drie categorieën van bedrijven, zijnde 1) de bedrijven die biotechnologie als kernactiviteit hebben waaronder producenten van enzymen, gisten en fermentatieproducten zoals citroenzuur en bioethanol 2) de gebruikers van Industriële Biotechnologie (voornamelijk enzymen) zoals de zetmeelbedrijven (glucoseproducenten), pulp & papierbedrijven, bepaalde chemische bedrijven, de mengvoeder industrie, detergent producenten en 3) de ‘traditionele’ biotechnologische bedrijven met hierbij als belangrijkste de brouwerijen, bepaalde zuivelbedrijven, industriële bakkerijen en azijnzuurproducenten. In totaal gaat het om een sector die meer dan 3,3 miljard omzet genereert en meer dan 10.000 jobs vertegenwoordigt. Een meer recente studie in opdracht van de Vlaamse regering12 analyseerde de status van de biogebaseerde economie (BBE) in Vlaanderen. Dit is een bredere noemer dan het domein van de Industriële Biotechnologie die het onderwerp vormt van deze studie maar houdt er wel nauw verband mee (zie ook paragraaf 3.1.3). Bij het doorrekenen naar economische impact

“Duurzaam gebruik van en waardecreatie uit hernieuwbare grondstoffen voor de biogebaseerde industriële productie zoals biomaterialen en groene chemicaliën in Vlaanderen; Opties en aanbevelingen voor een geïntegreerd economisch en innovatiebeleid, in coherentie met andere beleidsdomeinen en EU regio’s”. Oktober 2012. Departement EWI, Vlaamse Overheid.

12

18


(bruto marge) en tewerkstelling van de biogebaseerde economie, bleek dat tot 1,5% van de totale Vlaamse brutomarge en 0,8% van de totale Vlaamse tewerkstelling gegenereerd wordt door de BBE. Vergelijken we enkel met de industriële sectoren, dan neemt de BBE tot 9% in van de brutomarge van de industrie in Vlaanderen en 5,7% van de tewerkstelling in de Vlaamse industrie. Bijna de helft van de brutomarge uit de BBE komt op conto van de chemische en verpakkingsindustrie. Ten opzichte van 2008 steeg de Vlaamse biogebaseerde economie wat betreft bruto marge met 12% terwijl de Vlaamse industrie er op achteruit ging met 6%. De tewerkstelling in de Vlaamse BBE daalde met 1% in de periode 2008-2010, maar in de Vlaamse industrie daalde de tewerkstelling met 10%. Hieruit is af te leiden dan de BBE een groeiende markt is die gespaard bleef van de crisis, waar de totale Vlaamse industrie duidelijk wel mee af te rekenen had. Hierbij maakten de auteurs de kanttekening dat hun berekening enkel de pure biogebaseerde economie weergeeft. De productie van de basis(landbouw)grondstoffen en de betrokken landbouwers zaten hier niet in vervat. Ook de verdere verkoop of verwerking van afgewerkte producten werd niet berekend. De auteurs gingen er dan ook van uit dat de BBE nog een hefboomeffect teweeg kan brengen op de rest van de Vlaamse economie.

3.4 Patentanalyse Parellel met deze roadmap studie werd een patentanalyse uitgevoerd door ECOOM voor de verschillende KETs. ECOOM is het expertisecentrum voor O&O-monitoring van de KULeuven. Zij beschikken over toegang tot de PATSTAT databank, die geavanceerde statistische analyses van octrooidatabanken toelaat. Hoewel patentanalyses een aantal inherente beperkingen hebben, kunnen er toch een aantal interessante conclusies getrokken worden voor het domein van de Industriële Biotechnologie. Hieronder volgt een korte samenvatting van de werkwijze en de conclusies.

De volledige analyse is beschikbaar in Bijlage 1. 3.4.1 Werkwijze De gebruikte domeinafbakening voor Industriële Biotechnologie is gebaseerd op een gecombineerde aanpak, waarbij de afbakening uit een voorgaande Europese studie, ontwikkeld door Idea, aangepast en aangevuld werd met input van het KET-IB team. De indeling van patentdatabanken volgens IPC-klassen gebeurt veelal volgens sectoren en/of productcategorieën, en leent zich daarom moeilijk tot een selectie van relevante klassen voor Industriële Biotechnologie, wat een “enabling” technologie is binnen veel sectoren en voor veel productcategorieën, maar die niet steeds één op één te matchen is met een specifieke IPC-klasse. Na een grondige analyse van de resultaten werden in een iteratief proces de IPCdomeinen steeds verder verfijnd en gereduceerd totdat een dataset werd verkregen die nog louter patenten bevatte met een hoge relevantie voor het domein van de Industriële Biotechnologie. Alle tellingen zijn uitgevoerd op jaarbasis, voor prioriteitsjaren tussen 2000 en 2009. Voor de dynamische indicatoren werd een opdeling voorzien in twee tijdsperioden: 2000-2004 en 2005-2009. Een tweede beperking is dus dat er geen rekening kan gehouden worden met de ontwikkelingen tijdens de laatste vijf jaren, waardoor we geen zicht hebben op de recente ontwikkelingen. Daarnaast gebeurt de geografische dekking op basis van aanvragersadressen in Vlaanderen, terwijl niet alle patenten voor in Vlaanderen ontwikkelde activiteiten ook effectief in Vlaanderen worden ingediend. De volgende basisindicatoren werden berekend (zie Bijlage 1): 1. Octrooivolumes: Absolute aantallen octrooifamilies, per jaar voor de betreffende periode. 2. Domeinaandeel: Aandeel aan octrooien in het domein Industriële Biotechnologie in de totale Belgische en Vlaamse octrooiportefeuille. 3. Marktaandeel: Aandeel van Belgische / Vlaam-

19

se Industriële Biotechnologie-octrooien in globale octrooivolumes. 4. Specialisatie: RTA (Relative Technological Advantage) in Industriële Biotechnologie voor België en Vlaanderen t.o.v. de wereld 5. Specialisatie: RTA (Relative Technological Advantage) in Industriële Biotechnologie voor België en Vlaanderen t.o.v. EU-15 6. Mid-term dynamieken: Evolutie in octrooivolumes tussen periode 2000-2004 en 20052009. 3.4.2 Conclusies • De octrooivolumes voor Industriële Biotechnologie in Vlaanderen en België vertonen een relatief onstabiele trend, waarbij periodes van groei en daling elkaar afwisselen over de beschouwde periode. Het aandeel van België in de EU-15 octrooiportefeuille in Industriële Biotechnologie bedraagt ongeveer 4%. Het aandeel van Vlaanderen binnen België bedraagt gemiddeld 63%. In het totaal werden over de beschouwde periode (2000-2009) 310 EPO octrooifamilies aangevraagd in Vlaanderen. • Net als de volumes vertonen de domeinaandelen van Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen (gemiddeld 4,6%) en België (gemiddeld 4,5%) een relatief onstabiele trend. Over de hele periode beschouwd is een lichte

20


daling merkbaar, al zijn de Vlaamse en Belgische domeinaandelen consistent hoger dan het Europese domeinaandeel. • Ongeveer 1% van de wereldwijde octrooien in Industriële Biotechnologie is afkomstig uit Vlaanderen. Het marktaandeel voor België is 2%. Het Europese marktaandeel in Industriële Biotechnologie is gemiddeld 38%. De aandelen van Vlaanderen in de Europese Industriële Biotechnologie octrooien bedraagt gemiddeld 2,7%. • Er is een aanzienlijke specialisatie voor België en Vlaanderen in het domein van de Industriële Biotechnologie, zowel in vergelijking met de rest van de wereld als in vergelijking met de EU-15. Hoewel op korte termijn afwisselende schommelingen zichtbaar zijn, lijkt de specialisatiegraad eerder stabiel te blijven wanneer we de volledige periode beschouwen. De trends voor Vlaanderen en België zijn gelijkaardig, maar de specialisatiegraad voor Vlaanderen ligt net iets hoger dan die voor heel België. Europa blijkt doorheen de beschouwde periode eerder ondergespecialiseerd te zijn in het domein van de industriële biotechnologie ten opzichte van de andere KETS. • Er is geen “mid-term” groeidynamiek voor Industriële Biotechnologie octrooien in Vlaanderen en België: zowel een duidelijke groei als een duidelijke afname ontbreken.

4. Werkwijze

De werkwijze die gevolgd werd voor het opstellen van deze roadmap is gebaseerd op de T-plan methodiek. Deze methodiek laat toe een tijdsgebonden roadmap op te stellen waaruit ontwikkeltrajecten kunnen worden afgelezen, door achtereenvolgens de Markt, de Producten en de Technologieën in kaart te brengen. Er wordt dus vanuit de markten business-drivers via gewenste proces- en producteigenschappen naar noodzakelijke technologieën toegewerkt. De benodigde informatie om dit te doen werd grotendeels verzameld via het bijeenbrengen van de relevante actoren in interactieve workshops. Voor het uitwerken van deze roadmap “Key Enabling Technology Industriële Biotechnologie” werd de T-plan methodiek aangepast om zo optimaal in te spelen op een aantal randvoorwaarden en “lessons learned” uit vorige activiteiten. Zo werd beslist om de Markt in kaart te brengen via vier gerichte groepsinterviews met bedrijfsexperten uit vier subsectoren, om de Producten in kaart te brengen via een waardeketen-benadering en hiervoor input te verzamelen via zowel een grootschalige online bevraging als via een gerichte workshop, en een Technologie-verdieping te doen door het actualiseren van vroegere studies via individuele interviews met onderzoekers. Hieronder volgt een kort overzicht van de activiteiten georganiseerd in het kader van deze roadmap:

Bioplastics, vezels en biomaterialen (7 deelnemers) o Individuele interviews met 5 bijkomende experten uit het bedrijfsleven • Voor het verzamelen van informatie over de Producten en een eerste input voor de waardeketens o Brede online bevraging (120 deelnemers waarvan 50% bedrijven en 30% Kennisinstellingen): volledige resultaten te consulteren in Bijlage 2 o SWOT-analyse o Voor het uitwerken van de Waardeketens: Brede Workshop, opgesplitst in acht parallelle sessies (50 deelnemers waarvan 50% bedrijven en 25% Kennisinstellingen) • Voor het uitwerken van de Technologieën: o Desktop studie en interviews met >10 experten uit de onderzoekswereld • Verdere desktop info verzameling, drafting van het document en een iteratief review proces met sleutelpersonen uit het domein (bedrijfswereld en academia) De informatie die verkregen werd op basis van al deze activiteiten, werd gebruikt als input voor de hiernavolgende hoofdstukken.

• Voor het in kaart brengen van de Markt: o Literatuurstudie voor het in kaart brengen van de industriële sectoren relevant voor deze roadmap, inclusief trendanalyse; o Vier groepsinterviews met experten uit het bedrijfsleven, onderverdeeld per marktsegment: Bulkchemicaliën en Biobrandstoffen (6 deelnemers), Fijnchemicaliën (7 deelnemers), Agro- en Voedingsproducten (7 deelnemers),

21

5. Sectorbesc hrijving

5.1 Inleiding Industriële Biotechnologie wordt gebruikt in een brede waaier aan toepassingsdomeinen, die voor het uitwerken van deze roadmap werden onderverdeeld in vier grote groepen: bulkchemicaliën en biobrandstoffen, fijnchemicaliën, biomaterialen en agro-en voedingsproducten. Om een beeld te krijgen van de belangrijkste trends in deze domeinen en de link met Industriële Biotechnologie, worden de sectoren “chemie”, “materialen” en “voeding” achtereenvolgens besproken. Andere toepassingsdomeinen van Industriële Biotechnologie zoals bijvoorbeeld milieutoepassingen worden kort toegelicht.

5.2 Chemische sector 5.2.1 Sectoromschrijving De sector van de chemische industrie, kunststoffen en life sciences is de grootste en meest O&Ointensieve sector in Vlaanderen. Met een omzet van 43,5 miljard euro in 2013 is er een lichte stijging van 1% ten opzichte van 2012. Het aandeel van de sector in de totale verwerkende industrie steeg tot 22,4% in 2013 tegenover 21,6% in 2012. De O&O-uitgaven kenden de voorbije tien jaar een gemiddelde jaarlijkse groei van ruim 2%, tot een bedrag van 1,6 miljard euro wat goed is Tewerkstelling (aantal jobs) Bedrijven (aantal vestigingsplaatsen) Omzet (miljard €) Toegevoegde waarde (miljard €) Export (miljard €) Import (miljard €) Investeringen (miljard €, België)

13

22

Cijfers 2013, bron: essenscia, via: www.essenscia.be


voor bijna 50% van de totale industriële O&O uitgaven in Vlaanderen. Hierbij valt op dat ongeveer driekwart van de totale O&O-uitgaven afkomstig zijn van de “life sciences” (de sectoren van de farmaceutische industrie en de biotechnologie). De chemische industrie, kunststoffen en life sciences is een zeer heterogene sector. In Vlaanderen is de basischemie de grootste werkverschaffer. Ze is aanwezig in sterk geconcentreerde productiepolen, vooral gevestigd in het Antwerpse havengebied, de Gentse kanaalzone en in het grensgebied. Verspreid over het gehele gewest vindt men echter talrijke bedrijven in alle takken van de afgeleide chemie onder meer geneesmiddelen, biotechnologie, detergenten en cosmetica, kunststof- en rubberverwerking, verven en vernissen, inkten en gewasbeschermingsmiddelen. De basischemie, de kunststofverwerking en de farmaceutische industrie zijn de grootste subsectoren van de sector. Ze vertegenwoordigen samen 75% van de totale tewerkstelling van de sector in Vlaanderen. Naast de directe jobs binnen de sector genereert de chemie, kunststoffen en life sciences, door haar economische activiteit, indirecte werkgelegenheid bij andere Vlaamse bedrijfstakken. Elke baan in de chemie, kunststoffen en life sciences schept gemiddeld 1,6 indirecte jobs. De sector is zeer exportgericht met een handelsoverschot van 20 miljard euro. 59.700 766 43,5 8,1 91 71 2

Tabel 1: De Vlaamse sector van chemie, kunststoffen en life sciences in cijfers 13

5.2.2 Algemene trends Een aantal belangrijke algemene trends in de chemische sector zijn: • De Europese chemische industrie wordt geconfronteerd met een steeds sterker wordende wereldwijde competitie: door de groei in Azië en het Midden-Oosten is het wereldwijde marktaandeel van Europa gehalveerd op twintig jaar tijd. Het Midden-Oosten ontwikkelt daarbij steeds meer geïntegreerde chemische waardeketens op basis van de eigen beschikbare petroleum. • De schaliegas revolutie in de Verenigde Staten heeft een enorme impact op de Europese chemische industrie: de beschikbaarheid van schaliegas als energie- en grondstofbron creëert een competitief voordeel voor de Amerikaanse industrie. • Er is een stijgende aandacht voor duurzaamheid, met als eerste focus het laten dalen van de broeikasgas emissies: de laatste 20 jaar werd in België een reductie van 77% GHGemissies per productvolume gerealiseerd. Daarnaast wordt er continu gewerkt aan een verbeterde energie-efficiëntie. • Volgende duurzame innovatietrends werden geïdentificeerd door de Vlaamse chemische industrie (FISCH): Transitie naar hernieuwbare grondstoffen (bijvoorbeeld door gebruik van lignocelluloserijke nevenstromen, plantaardige oliën, micro-algen); Proces-intensifiëring en -optimalisatie (bijvoorbeeld door gebruik van microprocestechnologie en duurzamere/selectievere scheidingstechnologieën); Evolutie naar geavanceerde duurzame producten (specifieke chemicaliën, nieuwe functionaliteiten); Valorisatie van afval- en nevenstromen. 5.2.3 Rol van Industriële Biotechnologie De rol die Industriële Biotechnologie speelt en kan spelen verschilt voor de verschillende subsectoren binnen de brede sector van chemie, life sciences en kunststoffen. Wat betreft de chemie

kan er onderscheid gemaakt worden tussen bulkchemie en biobrandstoffen enerzijds, en fijnchemie anderzijds. De rol van Industriële Biotechnologie in bulkchemie en biobrandstoffen situeert zich vooral in de productie van platformchemicaliën via fermentatie van suikerrijke grondstoffen. Deze platformchemicaliën kunnen al dan niet “drop-ins” zijn voor hun fossiel-gebaseerde alternatieven. Ethanol en melkzuur bijvoorbeeld worden gebruikt voor de productie van bioplastics of biosolventen. Binnen de fijnchemie bieden zowel fermentatie als biokatalyse tal van mogelijkheden voor de productie van alternatieve moleculen met nieuwe functionaliteiten, bijvoorbeeld voor agrochemicaliën, additieven voor polymeren of lijmen en coatings. Toepassingen van biotechnologie binnen de farmaceutische sector situeren zich enerzijds op vlak van onderzoek en ontwikkeling, wat meestal met de term “rode biotechnologie” wordt aangeduid en buiten de scope van deze roadmap valt, en anderzijds op vlak van productie van actieve farmaceutische componenten met behulp van biotechnologische systemen zoals bacteriële cellen en enzymen, wat wel binnen het domein van de Industriële Biotechnologie valt. Toepassingen binnen de sector van de kunststoffen worden mee opgenomen in de volgende paragraaf over materialen. In Vlaanderen gevestigde bedrijven uit de chemische sector met activiteiten of interesse in Industriële Biotechnologie en de biogebaseerde economie zijn onder andere Proviron, Oleon, EcoVer, Solvay, DuPont, Huntsman en Tessenderlo.

5.3 Sector van de materiaalverwerkende nijverheid 5.3.1 Sectoromschrijving Hoewel materialen een breed domein is dat niet één-op-één overeenkomt met een welbepaalde sector, beschouwen we het hier toch als aparte sector omdat het, voor wat betreft de link met Industriële Biotechnologie en biogebaseerde economie, als één “toepassingsdomein” kan behan-

23

deld worden. De kwantitatieve beschrijving van deze sector is niet volledig, en neemt enkel die materialen op die in hun waardeketen een link (kunnen) hebben met Industriële Biotechnologie. Zo zijn de metalen en legeringen of de keramische materialen niet opgenomen. KUNSTSTOFFEN

De Vlaamse kunststofverwerkende sector heeft een omzet van 5,7 miljard en een toegevoegde waarde van 1,4 miljard14. De 400 bedrijven in deze sector leveren 18.000 directe jobs, wat een gemiddelde is van 45 werknemers per bedrijf. We spreken dus van een sector van KMO’s. Deze KMO’s hebben een brede expertise en zetten kunststoffen om in bruikbare objecten via verschillende processen. De meeste bedrijven in deze sector hebben beperkte O&O middelen en een beperkte impact op zowel hun grondstofleveranciers als op hun eindklanten. Meer dan 80% van hun producten wordt geëxporteerd naar omliggende regio’s waar ze worden geassembleerd, bijvoorbeeld voor onderdelen voor de automobielindustrie. Een aantal grotere Vlaamse bedrijven doen deze integratie zelf, zoals Samsonite, Brabantia en Niko. De zwakke ketenpositie van deze bedrijven en de groeiende productie in Azië, internationalisering en schaalvergroting, zorgen ervoor dat de marges onder druk staan en dat het moeilijk is om deze te verbeteren. Bedrijven kunnen zich onderscheiden door snelheid, prijs en service, of door het toepassen van procesinnovaties voor een goedkopere en efficiëntere productie. TEXTIEL

In België is de textielindustrie verantwoordelijk voor een jaarlijkse omzet van 5,5 miljard Euro, een toegevoegde waarde van 1 miljard Euro en een tewerkstelling van 22.700 werknemers15 . Er zijn 700 bedrijfsvestigingen, waarvan 85% minder dan 50 werknemers tewerkstelt. Een belangrijk deel van deze textielindustrie situeert zich in Vlaanderen. De West-Europese textielsector staat onder druk 14

Cijfers 2013, bron: essenscia, via: www.essenscia.be

15

Cijfers 2013, bron: Fedustria, via: www.fedustria.be

24


van concurrentie met de lage loonlanden. Om de concurrentie een stap voor te blijven, wordt er steeds meer aandacht besteed aan innovatieve producten met hoge toegevoegde waarde. Voorbeelden zijn nieuwe functionele coatings en garen, hoogwaardig technisch textiel, hygiënisch textiel (verlagen van reinigingskosten, voorkomen van risico’s op besmetting) of “smart” textiel (intelligent textiel met sensoren, geleiders,…). Daarnaast is er ook in deze sector een toenemende aandacht voor het sluiten van kringlopen. HOUT, PAPIER EN KARTON

In België is de hout- en meubelindustrie verantwoordelijk voor een jaarlijkse omzet van 4,8 miljard Euro, een toegevoegde waarde van 1,2 miljard Euro en een tewerkstelling van 19.621 werknemers15. Er zijn 1331 bedrijfsvestigingen, waarvan 95% minder dan 50 werknemers tewerkstelt. De papierindustrie in België en Vlaanderen is eerder beperkt. In het totaal zijn er in België een tiental papier- en karton-producenten actief waarvan drie in Vlaanderen. Zij voeren niet allemaal het volledige productieproces vanaf hout uit, maar vertrekken vaak vanaf papierpulp en/of gerecycleerd papier. De enige verpulper van hout in Vlaanderen is de fabriek van Sappi in Lanaken. De totaal geproduceerde hoeveelheid houtpulp in België was 0,5 miljoen ton in 201316 Ook de Europese papierindustrie staat onder druk van stijgende energie- en grondstofkosten. Bovendien is er al bijna tien jaar een sterke daling van de afzet van printpapier voor kranten en tijdschriften. Daar tegenover staat een groeiende vraag naar speciale tissues en verpakkingsmaterialen voor specifieke doelgroepen en markten. Er is dan ook een verandering in het aanbod van papier. In principe zijn er voor deze industrie belangrijke kansen voor de vorming van nieuwe waardeketens, onder andere met de agro- en chemische industrie voor de ontwikkeling en realisatie van economisch en technisch haalbare bioraffinageprocessen. 16

Cijfers 2013, bron: Cobelpa, via: www.copbelpa.be

5.3.2 Algemene trends

Nitto Europe.

Een aantal belangrijke algemene trends voor materialen zijn:

TEXTIEL

• Hogere eisen voor de eigenschappen van materialen: bijvoorbeeld op vlak van veiligheid, onderhoudsvriendelijkheid, zelfreinigend en zelfherstellend vermogen, lichtgewicht • Opkomst van nieuwe productietechnologieën zoals 3D-printtechnologie en de digitalisering van het productieproces • Toenemende aandacht voor het sluiten van materiaalkringlopen en materiaal-substitutie: Door de toenemende vraag, de beperkte voorraden en geopolitieke verhouding neemt de onzekerheid over beschikbaarheid, geografische verdeling en kost van grondstoffen toe. Hierdoor stijgt de vraag naar materialen die eenvoudig in duurzame gesloten kringlopen passen. Er is ook een stijgende vraag naar substitutie van schaarse materialen ontstaan. 5.3.3 Rol van Industriële Biotechnologie KUNSTSTOFFEN

De rol van Industriële Biotechnologie in de kunststofverwerkende industrie is beperkt tot de rol van Industriële Biotechnologie in de productie van biogebaseerde bouwstenen zoals bio-PE,PLA (bijvoorbeeld door Futerro) of 1,3-PDO. Kunststofverwerkers die reeds aan de slag zijn met biogebaseerde polymeren zijn bijvoorbeeld Beaulieu International Group, DS Textiles, Innovia Films of

Naast de rol van Industriële Biotechnologie in de productie van bepaalde biogebaseerde bouwstenen, is de textielindustrie ook een gebruiker van enzymatische processen en dus van Industriële Biotechnologie. Voorbeelden zijn het verwijderen van zetmeel van het weefsel na het weven, het “stone-washing” van jeans met cellulasen of de “biofinishing” van stoffen om de weefsels soepeler en zachter te maken. In Vlaanderen gevestigde textielbedrijven of toeleveranciers met activiteiten of interesse in Industriële Biotechnologie en biogebaseerde economie zijn onder andere Sioen, Devan Chemicals, Chemotex, DS Textile Platform, Desso en Balta. HOUT, PAPIER EN KARTON

Het gebruik van hout voor de fabricatie van meubels heeft geen link met Industriële Biotechnologie. Echter, wanneer hout als grondstof wordt gebruikt voor de productie van papier en karton, is er wel een belangrijke link. Chemische, mechanische en/of thermische pulpproductie en chemische bleking kunnen mogelijk vervangen of aangevuld worden door enzymatische processen. Ook kunnen andere voorbehandelingsmethoden van hout ontwikkeld worden, zodat zowel de cellulose- als de ligninerijke stromen kunnen ingezet worden als grondstof voor de biogebaseerde economie.

25

5.4 Voedingsindustrie

5.4.2 Algemene trends

5.4.1 Sectoromschrijving

Een aantal belangrijke algemene trends in de voedingssector zijn:

De Vlaamse voedingsindustrie is de sector die het meeste mensen tewerk stelt in het grootste aantal bedrijven. De sector is gekenmerkt door een mix van groottes van ondernemingen, maar met een zeer groot aandeel zeer kleine ondernemingen. In de voeding telt 93% van de ondernemingen minder dan 50 personeelsleden die samen voor 37% van de totale tewerkstelling zorgen. De grote ondernemingen (> 200) zorgen voor bijna 33% van de tewerkstelling. Tabel 2. De Vlaamse voedingsindustrie in cijfers

17

Tewerkstelling (aantal jobs)

62.100

Bedrijven (aantal)

3.268

Omzet (miljard €)*

39,2

Toegevoegde waarde (miljard €)** 4,8 Export (miljard €)

17,7

Import (miljard €)

14,8

Investeringen (miljoen €)

885,5

*Schattingen Fevia Vlaanderen (niveau omzet berekend door aandeel buitenlandse ondernemingen pro-rata te verdelen over Vlaanderen, Wallonië en Brussel) **Cijfers 2012

Hoewel het aantal bedrijven en de tewerkstelling ligt dalende is, blijven de omzet en de toegevoegde waarde stijgen met respectievelijk 3,6 en 2%. De belangrijkste subsectoren voor Vlaanderen zijn de vervaardiging van bakkerijproducten en deegwaren, de verwerking en conservering van vlees en vervaardiging van vleesproducten, en de verwerking en conservering van groenten en fruit. Daarnaast is er in Vlaanderen een belangrijke brouwerijsector.

17

26

Cijfers 2013, bron: Fevia


• Trend naar gezonde voeding: voeding als preventie voor en aanpak van welvaartziektes (bv. reductie van zout en vet, suikervervangers) en nieuwe functionele en/of gepersonaliseerde voeding (bv. cholesterolverlagers, probiotica) • Groeiende vraag naar voeding in het algemeen en eiwitten in het bijzonder: door de toenemende vraag, de beperkte voorraden en geopolitieke verhouding neemt de onzekerheid over beschikbaarheid, geografische verdeling en kost van grondstoffen toe. Dit versterkt de aandacht naar nieuwe grondstoffen, zoals nieuwe eiwitrijke stromen (algen, insecten). • Groeiende aandacht voor duurzaamheid van de productieprocessen en de keten: “resource efficieny”, verwaarding van afval- en nevenstromen en terugdringen van water- en energieverbruik • Toenemende samenwerking binnen de voedselketen: tussen agro-industrie-distributieconsument-technologieleverancier, wat leidt tot geïntegreerde teelt en productie en zo tot schaalvergroting in een deel van de landbouwsector. • Innovatie in verpakking van voeding (bv. voor betere bewaarbaarheid) 5.4.3 Rol van Industriële Biotechnologie De voedingsindustrie is traditioneel een gebruiker van Industriële Biotechnologie voor bepaalde van haar processen. Zowel de productie van alcohol in bier en wijn als het rijzen van brood worden bewerkstelligd door gist, dat tijdens het fermentatieproces de aanwezige suikers omzet in alcohol en CO2. Het verbeteren van de bewaarbaarheid van droge vleeswaren zoals salami en het verzuren van melk tot yoghurt wordt bekomen door de productie van melkzuur door bacteriën. Ook kunnen door het gebruik van Industriële Biotechnologie specifieke voedingsingrediënten geproduceerd worden zoals antioxidantia, organische zuren of vitamines. Daarnaast bevatten veel voedingsproducten industrieel geproduceerde enzymen als additief (bv. bakkerijgrondstoffen) en worden in veevoeders industriële enzymen toe-

gevoegd om de fosfaatopname en de voedingswaarde te verbeteren (phytase, xylanase,…). De veevoedersector is de tweede grootste markt voor industriële enzymen, na de detergenten. Naast het toepassen van Industriële Biotechnologie voor de vervaardiging van bepaalde voedingsproducten, is er ook een belangrijke connectie tussen de voedingsindustrie en Industriële Biotechnologie via de subsector van de agroverwerkende-industrie. Dit zijn onder andere bedrijven die plantaardige oliën en vetten raffineren of die suiker, zetmeel en zetmeelproducten vervaardigen. Steeds meer gaan productie-eenheden van deze sector een stap verder en produceren ze uit hun grondstoffen ook andere industriële producten zoals bioethanol als biobrandstof, organische zuren voor wasmiddelen, bioplastics, aminozuren, enz. Ze transformeren zich als dusdanig tot bioraffinaderijen, die uit één enkele agrarische grondstof een steeds bredere waaier van nuttige stoffen produceren. De groep van bedrijven die plantaardige oliën en vetten raffineren en suiker, zetmeel en zetmeelproducten vervaardigen is in België sterk uitgebouwd, met iets meer dan 100 bedrijven, waarvan een 70-tal in Vlaanderen. Vlaamse bedrijven uit de voedingssector met activiteiten of interesse in Industriële Biotechnologie zijn, naast de voormelde brouwerijen, bakkerijen en zuivelproducenten, onder andere Cargill, Aveve, Tereos-Syral, Tiense suikerraffinaderij, Citrique Belge, Beneo, Damhert, ABInbev, Puratos en Algist Bruggeman.

ciden,…) af te breken op een gecontamineerde site (bodem, grondwater of slib). • Biosensor: enzymen of micro-organismen kunnen een onderdeel vormen van een biosensor, gebruikt om de concentratie/aanwezigheid van een bepaalde stof te meten/detecteren in een staal. In dit geval wordt de ‘reactie’ van de biologische component (de biochemische respons) omgezet in een elektrisch signaal. • Biologische ontginning (“biomining”): bij biologische ontginning gebeurt het uitlogen van de gewenste mineralen uit ertsen door middel van micro-organismen, dit ter vervanging van de traditionele methode die gebruik maakt van extreme temperatuur of chemicaliën, wat een nadelig effect kan hebben op het milieu. Wordt toegepast in de ontginning van koper en goud. Micro-organismen kunnen ook gebruikt worden om de hoeveelheid olie die uit oliebronnen kan gewonnen worden te verhogen (“microbial enhanced oil recovery”, MEOR). • Biogas: de productie van biogas (methaan en CO2) uit verschillende soorten organische afvalstromen is een vergistingsproces met anaërobe micro-organismen Met uitzondering van de laatste, zullen deze toepassingsdomeinen niet meegenomen worden in de verdere ontwikkeling van de roadmap.

5.5 Andere toepassingsdomeinen van Industriële Biotechnologie Bij een ruime definitie van Industriële Biotechnologie, waarin we alle gebruik en toepassingen beschouwen van alle soorten micro-organismen, moeten we voor de volledigheid ook de volgende toepassingsdomeinen benoemen: • Afvalwaterzuivering: het gebruik van zowel aërobe als anaërobe micro-organismen in bepaalde stappen van het waterzuiveringsproces is standaard praktijk. • Bioremediatie: het gebruik van micro-organismen om toxische organische polluenten (olie, allerhande petroleumderivaten, solventen, pesti-

27

6. Trends

Tijdens de groepsinterviews met experten uit de vier verschillende toepassingsdomeinen voor Industriële Biotechnologie (bulkchemicaliën en biobrandstoffen, fijnchemicaliën, agro- en voedingsproducten, en biomaterialen), werd besproken wat de belangrijkste trends zijn voor het domein. Dit gebeurde onder andere op basis van een scoring van mogelijk belangrijke trends gecompileerd vanuit andere studies. De short list die hier gegeven wordt, zijn de trends die over de vier toepassingsdomeinen heen door de experts als belangrijkste werden weerhouden. Deze trends zijn algemene trends voor de gehele biogebaseerde economie, die ook algemeen in Europa van toepassing zijn, maar zij werden met de deelnemers afgetoetst op hun relevantie voor het domein van de Industriële Biotechnologie, en op hun relevantie voor de regio Vlaanderen. TOENEMENDE INTERESSE IN NIEUWE FUNCTIONALITEITEN

Er is een toenemende interesse in radicale doorbraken in producten materiaaleigenschappen. Deze moeten bedrijven helpen om tegenmoet te komen aan een het toenemend aantal en de steeds hogere eisen waaraan hun producten moeten voldoen. Het gebruik van biogebaseerde grondstoffen en Industriële Biotechnologie biedt kansen om bepaalde nieuwe functionaliteiten te bekomen. Voorbeelden zijn barrière eigenschappen van verpakkingsplastics, gezondsheidsbevorderende eigenschappen van voedingsmiddelen, of multi-functionaliteit van chemische bouwstenen. DIFFERENTIATIE VAN HET GRONDSTOFFEN GEBRUIK

Hoewel biogebaseerde grondstoffen inherent

28


hernieuwbaar zijn, is hun beschikbaarheid niet oneindig. Bovendien worden bepaalde grondstoffen gebruikt voor verschillende toepassingen, waaronder voeding en veevoeding, chemicaliën en materialen, en bioenergie. Vlaanderen heeft een zekere eigen productie van biomassa, maar is voor een groot deel afhankelijk van import. Daarom gaat er meer en meer aandacht naar het slimmer gebruiken van de beschikbare grondstoffen en naar de exploratie van alternatieve grondstoffen zoals nevenstromen uit de agro-industrie of infrastructuuronderhoud (bv. bermmaaisel), industrieel en huishoudelijk organisch afval, of CO2. Daarnaast gaat er ook meer aandacht naar de duurzaamheid van de teelten zelf. HET BIORAFFINADERIJ CONCEPT

Biogebaseerde processen evolueren meer en meer naar een bioraffinaderij concept, waarbij biomassaconversie processen en infrastructuur geïntegreerd worden om zowel hoogwaardige chemicaliën als brandstoffen, elektriciteit en warmte te produceren. Het bioraffinaderij concept is analoog aan de petroleum raffinaderij van vandaag, die verschillende soorten brandstoffen en basischemicaliën produceert vanaf petroleum. Meer en meer bioraffinaderijen zullen zowel hun inputs als hun outputs diversifiëren, om zo op een flexibele manier te kunnen beantwoorden aan veranderingen in de beschikbaarheid van grondstoffen en in de vraag naar producten. Er zal daarbij meer en meer aandacht gaan naar het gebruik van grondstoffen volgens een cascadeprincipe, waarbij de beschikbare grondstoffen op een slimme en efficiënte manier gebruikt worden om zo hun waarde te maximaliseren. DUURZAME TEELT EN GRONDSTOFVOORZIENING

Door de toenemende wereldbevolking en het toenemende belang dat gehecht wordt aan de

ecologische impact van landbouw, dient de landbouw steeds efficiënter te produceren. De laatste decennia kende de landbouw wereldwijd een groei van circa 2,5% per jaar en een gemiddelde productiviteitsstijging van circa 2% per jaar. Deze stijgende trend zal in de toekomst minstens gelijk blijven en versterkt worden door de toenemende vraag uit de niet-voedingssectoren. De landbouwsector is zelf een belangrijke afnemer van chemicaliën, onder andere van meststoffen en bestrijdingsmiddelen, die gedeeltelijk bijdragen aan de ecologische impact van de landbouw. De sector zal daardoor een stijgende behoefte kennen aan duurzaam geproduceerde chemicaliën met hogere functionaliteit. GEZONDHEIDSTREND

Er is een toenemende trend in de ontwikkeling van functionele en evenwichtige voeding voor een betere volksgezondheid en hogere levenskwaliteit. Nutritioneel verantwoorde voeding dient aanpasbaar te zijn voor ieders individuele gezondheidsbehoeftes via een transparant en traceerbaar systeem. Door bijvoorbeeld de stijgende vergrijzing en de toenemende obesitas, voornamelijk in de geïndustrialiseerde landen, dienen aangepaste voeding en voedingsadditieven ontwikkeld te worden met specifieke functionaliteiten. Daarnaast is er ook een vraag naar natuurlijke voeding.

chemische bouwstenen zoals Solvay, BASF of Evonik investeren zelf in nieuwe biogebaseerde productieprocessen. Ook de agro-industrie met bijvoorbeeld Cargill en Roquette investeren in de productie van biogebaseerde bouwstenen. Zij hebben toegang tot de grondstoffen en beschikken over de basis verwerkingstechnologieën om deze grondstoffen te behandelen. Voorbeelden van Europese joint ventures zijn BASF & Purac en DSM & Roquette voor de productie van barnsteenzuur, Solvay & Roquette voor de productie van biopolymeren en BioAmber & Lanxess voor de productie van ftalaatvrije weekmakers. Het Amerikaanse Dupont heeft reeds een aantal jaren joints ventures of samenwerkingen met Tate & Lyle, met BP en met Goodyear voor de productie van respectievelijk propaandiol, butanol en isopreen.

NIEUWE SAMENWERKINGEN EN JOINT VENTURES OVER DE WAARDEKETEN

Door het toenemend belang van biogebaseerde grondstoffen en producten in bestaande waardeketens, verschijnen er nieuwe spelers en ontstaan er nieuwe samenwerkingsverbanden binnen en tussen waardeketens. De belangrijkste drivers voor deze verbanden zijn het vrijwaren van toegang tot biogebaseerde grondstoffen en technologie, de beschikbaarheid van kapitaal, het valideren van producten en ontwikkelen van toepassingen, en de commercialisatie van de producten. Zowel grote chemische bedrijven als de agro-industrie positioneren zichzelf in deze opkomende waardeketens. Grote producenten van

29

7. SWOT analyse

Een schematisch overzicht van de belangrijkste sterktes, zwaktes, opportuniteiten en bedreigingen die tijdens deze roadmap oefening werden opgetekend, is hieronder weergegeven (Figuur 6). In de hierna volgende hoofdstukken volgt een meer uitgebreide omschrijving. Hoewel sommige SWOT-elementen van toepassing zijn op geheel Europa of wereldwijd, geeft deze SWOT de situatie in Vlaanderen weer.

STERKTES

O&O

O&O

Fragmentatie van publiek onderzoek

Eénvoudige toegang tot kennisinstellingen en piloot infrastructuur Sterke onderzoeksgroepen Sterke kennisbasis bij de bedrijven

Industrie

Sterke clusterwerking Belangrijke chemische industrie Aanwezigheid grootschalige fermentatieplants

Industrie

Sterk uitgebouwde KMO-‐structuur

Beleid

Belangrijke textiel-‐ en kunststofverwerkende industrie Sterke logistiek

Bio-‐economie als horizontaal thema in meerdere beleidsinitiatieven Sterke aanwezigheid van suiker-‐ en zetmeel-‐ industrie Kennis over beschikbaarheid biomassa-‐ nevenstromen Aan de top voor gescheiden inzamelen en verwerken van afval

Grondstoffen

Weinig sector-‐overschrijdende samenwerking Moeilijke financiering voor demonstratie-‐ en piloot-‐schaal Hoge loonkosten Gebrek aan risico-‐kapitaal Technologieën vaak nog duurder dan het fossiel-‐gebaseerde of chemie-‐gebaseerde alternatief Geen level playing field voor de verschillende toepasingsdomeinen van biomassa Slechte toegang tot grondstoffen door handels-‐ en import-‐belemmeringen Gebrek aan normen, standaarden en labels voor bio-‐gebaseerde producten Moeilijke inschatting van het potentieel van nevenstromen

Beleid Grondstoffen

BEDREIGINGEN

O&O

Bescherming van eigendomsrechten

Industrie

Groeiende competitie met andere landen en regio's Trage omschakeling van productieprocessen

Huidige slechte economische situatie

Beleid Grondstoffen

Complexe, belemmerende regelgeving Gebrek aan coherente en lange termijn visie Stijgende vraag naar biomassa

Maatschappij

Samenwerking via Europese programma's en interregionale initiatieven Overheidsmaatregelen ter ondersteuning van O&O bij bedrijven Nieuwe producten met mogelijk nieuwe eigenschappen Meer efficiënte productieprocessen mogelijk Toenemende vraag vanuit de markt Noodzaak van en wil tot verduurzamen van industriële processen Creatie van nieuwe waardeketens Sterke drive naar kringloopeconomie

Intelligente, bewuste consumenten

Maatschappij

Fluctuerende prijs van biomassa Sterke afhankelijkheid van wereld-‐olie-‐ en -‐ gasmarkt Publieke opinie rond gebruik van biomassa

OPPORTUNITEITEN

O&O Industrie

Figuur 6: Schematisch overzicht van de resultaten van de SWOT-analyse

30

ZWAKTES


7.1 Sterktes 7.1.1 Onderzoek en ontwikkeling EENVOUDIGE TOEGANG TOT KENNISINSTELLINGEN EN PILOOTINFRASTRUCTUUR

De Vlaamse kennisinstellingen en onderzoekscentra zijn goed toegankelijk voor samenwerking met bedrijven. De professionalisering van de technologietransfer-diensten speelt hierbij een belangrijke rol. De bedrijven weten over het algemeen goed waar en hoe ze bij de kennisinstellingen terecht kunnen. Daarnaast beschikt Vlaanderen over een onafhankelijke polyvalente pilootinstallatie, de Bio Base Europe Pilot Plant, waar bedrijven en kennisinstellingen hun biogebaseerde processen kunnen testen en optimaliseren tot op semi-commerciële schaal, een noodzakelijke vereiste om tot commerciële productie te kunnen overgaan. De Bio Base Europe Pilot Plant werd door de Europese Commissie uitgekozen als “multi-KETs” demonstratieproject, d.w.z. dat meerdere KET’s gecombineerd worden in één piloot-faciliteit. STERKE ONDERZOEKSGROEPEN

Vlaanderen heeft belangrijke onderzoeksgroepen die samen expertise hebben in alle stappen van de waardeketen van biogebaseerde producten. Er zijn ook sterke onderzoeksgroepen die zich specifiek bezig houden met Industriële Biotechnologie (zie Hoofdstuk 9). Minpunten zijn wel dat de Vlaamse onderzoeksinstellingen nog te weinig anticiperen op markttrends en een relatief beperkte valorisatiekennis hebben, en dat er te weinig applicatie-onderzoek gebeurt. STERKE KENNISBASIS BIJ DE BEDRIJVEN

Ook binnen de Vlaamse bedrijven is er een goede kennisbasis, zowel op vlak van onderzoek en ontwikkeling als op vlak van business en markten. Heel wat bedrijven zijn gespecialiseerd in Industriële Biotechnologie of in andere aspecten en onderdelen van biogebaseerde waardeketens (zie Hoofdstuk 3, 4 en 5).

STERKE CLUSTERWERKING

Reeds meerdere jaren kent Vlaanderen met CINBIOS een succesvolle clusterwerking rond Industriële Biotechnologie. Via lopende programma’s zoals VIS-VISIONS (Valorisatie van organische nevenstromen - Ontwikkeling van 2de generatie technologieën voor de biogebaseerde economie in Vlaanderen) en BIOCLUSTER (Open innovatie cluster voor de transitie naar een biogebaseerde economie) zijn de verschillende actoren gekend en worden ze zo goed als mogelijk geactiveerd. Sinds twee jaar werd deze clusterwerking gekoppeld aan FISCH, om zo vlotte identificatie en subsidiëring van innovatieprojecten mogelijk te maken. 7.1.2 Industrie BELANGRIJKE CHEMISCHE INDUSTRIE

De sector van de chemische industrie, kunststoffen en life sciences is een van de belangrijkste industrietakken in Vlaanderen (zie Hoofdstuk 5). In en rond de Haven van Antwerpen is één van de grootste petrochemische clusters van de wereld gevestigd. De chemische industrie is een essentiële schakel in vele waardeketens van Industriële Biotechnologie. AANWEZIGHEID GROOTSCHALIGE FERMENTATIEFABRIEKEN

Het toepassen van Industriële Biotechnologie op grote schaal maakt vaak gebruik van fermentatie. In Vlaanderen is fermentatie expertise aanwezig binnen een aantal grote agro-, voedings- en biobrandstof-industrieën. GOED UITGEBOUWDE KMO-STRUCTUUR

Vlaanderen is een regio met relatief veel KMO’s, die dikwijls snel kunnen inspringen op nieuwe trends. Alhoewel de chemische sector gekarakteriseerd wordt door grote, dikwijls internationale bedrijven zijn er in Vlaanderen ook veel KMO’s actief in de chemie en de Industriële Biotechnologie. Er zijn ook KMO’s actief in verschillende applicatiegebieden waar kansen liggen voor de Industriële Biotechnologie, zoals life sciences,

31

verven en coatings, textiel en kunststoffen. BELANGRIJKE TEXTIEL- EN KUNSTSTOFVERWERKENDE INDUSTRIE

Vlaanderen kent een relatief hoge specialisatiegraad in textiel en kunststofverwerking, twee sectoren die afnemers zijn van zowel de bulk(polymeren) als de fijnchemicaliën (additieven, coatings). Beide sectoren staan sterk onder druk van internationale concurrentie en zijn innovatief gedreven op zoek naar diversificatie met meer toegevoegde waarde. Een kanttekening is wel dat het aantal spelers dat reeds betrokken is bij de opzet van nieuwe biogebaseerde waardeketens of Industriële Biotechnologie nog beperkt is.

op de huidige Industriële Biotechnologiebedrijven gebaseerd zijn. Vlaanderen heeft enkele toonaangevende bedrijven in deze sector en in de regio zijn veel landbouwers actief die suikerbieten en granen verbouwen. Ondanks de hervorming van de suikermarkt in Europa blijft de suikerbiet een belangrijke teelt in Vlaanderen. Door betere teelttechnieken en veredeling blijven de opbrengsten ook steeds toenemen. De vrijmaking van de suikermarkt in 2017 kan grote kansen bieden voor zowel de agro- als de fermentatie-gebaseerde industrie, door behalve voor voedsel, suikers te valoriseren in waardevolle chemische bouwstenen en producten. KENNIS OVER BESCHIKBAARHEID

STERKE LOGISTIEK

BIOMASSA-NEVENSTROMEN

Door de aanwezigheid van drie zeehavens, enkele internationale luchthavens en een dicht netwerk van wegen, spoorwegen en binnenvaartroutes heeft Vlaanderen een sterk logistiek weefsel gericht op wereldhandel. Bovendien is Vlaanderen ideaal gelegen tussen Nederland, Frankrijk en Duitsland, alle drie sterke regio’s in Industriële Biotechnologie.

De beschikbaarheid van biomassa-nevenstromen is relatief goed beschreven via initiatieven van OVAM, CINBIOS en studies uitgevoerd in opdracht van EWI en de FOD Leefmilieu.

7.1.3 Beleid BIOECONOMIE ALS HORIZONTAAL THEMA IN MEERDERE BELEIDSINITIATIEVEN

Vlaanderen ontwikkelt een specifiek beleid rond bioeconomie met aandacht voor de verschillende facetten ervan, zoals technologie, infrastructuur, logistiek, valorisatie van nevenstromen, samenwerking tussen waardeketens en met andere regio’s. Zo heeft Vlaanderen een “Vlaamse strategie voor de bioeconomie” en is de biogebaseerde economie een onderdeel van het “Vlaams Materialenprogramma”.

AAN DE TOP VOOR GESCHEIDEN INZAMELEN EN VERWERKEN VAN AFVAL

Vlaanderen heeft een sterke traditie in gescheiden inzameling en verwerking van afval. In de selectieve inzameling is de organisch-biologische fractie (GFT en groenafval) de grootste afvalfractie (31% van circa 2M ton). Vlaanderen heeft tot doelstelling de hoeveelheid restafval tegen 2020 met 15% te reduceren waardoor een aanzienlijke extra hoeveelheid organisch afval beschikbaar zou moeten zijn. Ook in recyclage van verpakkingsplastics scoort Vlaanderen bij de top.

7.2 Zwaktes 7.2.1 Onderzoek en ontwikkeling

7.1.4 Grondstoffen

FRAGMENTATIE VAN PUBLIEK ONDERZOEK

STERKE AANWEZIGHEID VAN SUIKER- EN ZETMEELINDUSTRIE IN VLAANDEREN

Het publieke onderzoek is gefragmenteerd en verspreid over te kleine excellentiecentra om voldoende kritische massa te kunnen bereiken.

Suikers en zetmeel vormen de grondstoffen waar-

32


WEINIG SECTOR-OVERSCHRIJDENDE SAMENWERKING

Er is nog te weinig samenwerking tussen industriële sectoren onderling en over de waardeketen heen (landbouw-agro-chemie-technologieontwikkelaars). Nieuwe samenwerkingsverbanden vragen tijd en vertrouwen. MOEILIJKE FINANCIERING VOOR DEMONSTRATIE- EN PILOOT-SCHAAL

De financiering door de overheid voor innovatie wordt nog al te vaak te eng geïnterpreteerd en kan veelal niet gebruikt worden voor demonstratie- en pilootprojecten. Nochtans zijn dit soort projecten cruciaal om een transitie te kunnen bewerkstelligen. Er is in Vlaanderen geen afdoend financieringskanaal voor demonstratie- en pilootactiviteiten, in tegenstelling tot de talloze financieringskanalen voor fundamenteel en basisonderzoek. 7.2.2 Industrie HOGE LOONKOSTEN

Industriële schaal producties op basis van biogebaseerde grondstoffen of Industriële Biotechnologie zijn net zoals andere productie-industrieën zeer gevoelig aan de hoge loonkosten in ons land. De loonkost is één van de cruciale parameters bij de beslissing van grote internationale bedrijven om bepaalde producties al dan niet in een bepaalde regio te behouden of op te starten. GEBREK AAN RISICO-KAPITAAL

Er is te weinig risicokapitaal beschikbaar om innovaties in Industriële Biotechnologie voldoende te ondersteunen tijdens de verschillende fasen van kapitaalsbehoefte. Enerzijds is er een gebrek aan liquiditeit en aan mogelijke kapitaalverschaffers, anderzijds wordt het kapitaal dat beschikbaar is minder risicovol geïnvesteerd, bijvoorbeeld in vergelijking met de VS. TECHNOLOGIEËN VAAK NOG DUURDER DAN HET FOSSIEL-GEBASEERDE OF CHEMIE-GEBASEERDE ALTERNATIEF

Doordat een aantal technologieën nog in de kinderschoenen staan, er een gebrek is aan schaalgrootte van de installaties en de beperkte operationele ervaring, zijn IB-gebaseerde processen vaak nog duurder dan fossiel-gebaseerde of chemie-gebaseerde alternatieven. Het verschil in kostprijs wordt ook sterk beïnvloed door de kostprijs van aardolie en -gas enerzijds en de beschikbaarheid van biomassa als grondstof anderzijds. 7.2.3 Beleid GEEN “LEVEL PLAYING FIELD” VOOR DE VERSCHILLENDE TOEPASSINGSDOMEINEN VAN BIOMASSA

Door de duidelijke Europese en nationale doelstellingen inzake hernieuwbare energie ondersteunt het beleid vandaag de dag voornamelijk bioenergie en biobrandstoffen, waardoor er geen “level playing field” is voor andere toepassingsdomeinen van biomassa zoals producten en materialen. Andere beleidsinitiatieven (“Resource efficiency” op Europees niveau en Materialendecreet op Vlaams niveau) wijzen wel op de noodzaak de beschikbare grondstoffen efficiënt te gebruiken volgens een cascadeprincipe, maar deze visie wordt niet consequent doorgetrokken in andere regelgeving. SLECHTE TOEGANG TOT GRONDSTOFFEN DOOR HANDELS- EN IMPORTBELEMMERINGEN

Een goede toegang tot voldoende duurzaam geteelde biomassa aan wereldmarktprijzen is noodzakelijk voor de uitbouw van een biogebaseerde economie. Dit is momenteel niet het geval wegens handels- en importbelemmeringen. GEBREK AAN NORMEN, STANDAARDEN EN LABELS VOOR BIOGEBASEERDE PRODUCTEN

Het ontbreekt aan gefundeerde normen en standaarden om zowel de industrie als de consument te overtuigen meer biogebaseerde producten te verwerven. In de industrie is er bijvoorbeeld behoefte aan standaardspecificaties die er voor moeten zorgen dat de gebruiker identieke grondstoffen kan aanschaffen bij verschillende leveran-

33

ciers. De consument kan vaak overtuigd te worden tot het kopen van een bepaald product met toegevoegde waarde door een erkend label. 7.2.4 Grondstoffen MOEILIJKE INSCHATTING VAN HET POTENTIEEL VAN NEVENSTROMEN

Ondanks het feit dat de biomassanevenstromen redelijk goed in kaart zijn gebracht, is het om allerlei redenen nog moeilijk het werkelijke potentieel ervan in te schatten. Dit potentieel is immers afhankelijk van een hele reeks factoren waaronder de mogelijkheid tot het “poolen” van bepaalde stromen, doorbraken in bepaalde voorbehandelings- of conversietechnologieën of de onzekerheid over toekomstig beleid dat al dan niet sturend zal werken op de bewegingen van biomassanevenstromen.

7.3 Opportuniteiten 7.3.1 Onderzoek en ontwikkeling SAMENWERKING VIA EUROPESE PROGRAMMA’S EN INTERREGIONALE INITIATIEVEN

Er zijn nieuwe kansen voor samenwerking op Europees en interregionaal niveau via de Europese programma’s Horizon2020, SPIRE en BBI (de BioBased Industries publiek private samenwerking) en via het interregionale initiatief BIG-C (Bio Innovation Growth mega cluster) tussen Vlaanderen, Nederland en Noordrijn-Westfalen.

schappen van producten en materialen. Het gebruik van biogebaseerde grondstoffen en Industriële Biotechnologie biedt kansen voor nieuwe eigenschappen, omdat zij vertrekken vanaf een totaal ander soort grondstof en via totaal andere processen functionaliteiten kunnen toevoegen. Voorbeelden zijn niet-toxische coatings voor vissersnetten op basis van natuurlijke polymeren, verven met betere dekking op basis van bioharsen, of zachter textiel door middel van enzymatische behandeling. MEER EFFICIËNTE PRODUCTIEPROCESSEN MOGELIJK

Bepaalde producten kunnen op een efficiëntere wijze geproduceerd worden via Industriële Biotechnologie dan via chemische synthese. Micro-organismen kunnen soms in één stap een molecule aanmaken waarvoor anders verschillende opeenvolgende chemische stappen nodig zijn, bijvoorbeeld Vitamine B2. Biotechnologische processen gebruiken vaak mildere reactiecondities, en kunnen een hogere regioselectiviteit of enantioselectiviteit bieden. Doordat er vaak gewerkt wordt bij lagere drukken en temperaturen, is er een potentieel voor energiereductie t.o.v. chemische processen, en een groot potentieel voor reductie van broeikasgasemissies. TOENEMENDE VRAAG VANUIT DE MARKT

7.3.2 Industrie

Er is een toenemende vraag naar biogebaseerde producten, zowel vanuit de consument als vanuit de chemische industrie. Consumenten zijn zich bewust van de eindigheid van fossiele grondstoffen en van de noodzaak van het reduceren van onze milieuimpact, en begrijpen dat biogebaseerde producten daar een antwoord op kunnen bieden. Ook bij de chemische industrie past het inzetten op biogebaseerde grondstoffen of Industriële Biotechnologie vaak in de duurzaamheids-strategie. De chemische industrie kijkt daarbij enerzijds naar producten met verbeterde of nieuwe functionaliteiten en anderzijds naar drop-in chemicaliën die exact dezelfde samenstelling en functie hebben als het fossiel-gebaseerde alternatief.

NIEUWE PRODUCTEN MET MOGELIJK NIEUWE EIGENSCHAPPEN

NOODZAAK EN WIL TOT VERDUURZAMEN VAN INDUSTRIËLE PROCESSEN

Er is een toenemende interesse in nieuwe eigen-

Aangespoord door Europese doelstellingen op

OVERHEIDSMAATREGELEN TER ONDERSTEUNING VAN O&O BIJ BEDRIJVEN

Een aantal overheidsmaatregelen zoals het niet doorstorten van bedrijfsvoorheffing voor onderzoekers, de notionele interestaftrek en de vrijstelling van inkomsten uit patenten, zijn gunstig voor onderzoeks- en innovatie-intensieve ontwikkelingen zoals die in de Industriële Biotechnologie.

34


vlak van klimaatbeheersing, energiekost, mogelijke schaarste aan grondstoffen en collectieve programma’s vanuit de industrie is er bij bedrijven de wil aanwezig om de industriële processen te verduurzamen. Het gebruik van biogebaseerde grondstoffen en Industriële Biotechnologie bieden hiervoor belangrijke kansen, bijvoorbeeld voor de reductie van CO2-emissie en voor het verminderen van afval. CREATIE VAN NIEUWE WAARDEKETENS

Door ontwikkeling van nieuwe producten en/of processen ontstaan nieuwe waardeketens waarbij in nieuwe of bestaande sectoren bijkomende toegevoegde waarde en tewerkstelling gecreëerd kan worden. Een voorbeeld van een belangrijke nieuwe keten is de bevoorrading van landbouwproducten en -nevenstromen naar de chemische industrie. Deze biedt nieuwe perspectieven voor zowel de landbouw (nieuwe verwaardingen voor nevenstromen) als de logistieke sector (van afvalverwerker tot grondstofleverancier) én kan zorgen voor een stevigere verankering van de chemische industrie in Vlaanderen. 7.3.3 Maatschappij STERKE DRIVE NAAR KRINGLOOPECONOMIE

Door de noodzaak om zowel consumptie als industriële productie te verduurzamen is er een toenemende interesse in kringloopeconomie, ook voor biomassa. Voor de inzet van biomassa wordt meer en meer gewerkt met een cascade waarin voeding bovenaan staat, onder andere gevolgd door veevoeding en materialen en pas daarna door energie. Door wijzigingen in het aanbod van biomassanevenstromen (bijvoorbeeld door betere selectie van restafval), in de vraag naar nevenstromen voor veevoeding (bijvoorbeeld door inkrimping van de veestapel) of door het stimuleren van inzet van nevenstromen voor materialen in plaats van voor energie (bijvoorbeeld door wijzigingen in steunmaatregelen), kunnen grotere en homogenere hoeveelheden biomassa beschikbaar worden voor biogebaseerde producten.

INTELLIGENTE, BEWUSTE CONSUMENTEN

Een stijgend deel van de consumenten zijn zich bewust van de eindigheid van fossiele grondstoffen en van de noodzaak van het reduceren van onze milieu-impact, en begrijpen dat biogebaseerde producten daar een antwoord op kunnen bieden. Zij zouden zeker gebaat zijn bij de verdere ontwikkeling en het gebruik van goede labels, maar zijn zich vaak reeds bewust van hun aankopen en de mogelijke impact daarvan.

7.4 Bedreigingen 7.4.1 Onderzoek en ontwikkeling BESCHERMING VAN EIGENDOMSRECHTEN

Het is voor bedrijven moeilijk om goede afspraken te maken over intellectuele eigendom met de kennisinstellingen. Dit geldt zeker voor de kleinere bedrijven met beperktere expertise rond patenten. Dit is één van de redenen waarom er toch nog te weinig samenwerking is tussen bedrijven en kennisinstellingen ondanks de goede toegankelijkheid van deze laatste. 7.4.2 Industrie GROEIENDE COMPETITIE MET ANDERE LANDEN EN REGIO’S

Grote productie-installaties kiezen voor regio’s met een lagere energie- en loonkost, een grotere thuismarkt voor nieuwe producten en/of een grotere zekerheid op vlak van grondstofvoorziening. De verdere doorontwikkeling van “know-how” in IB dreigt uit Europa te vertrekken naar bijvoorbeeld BRIC-landen en de VS omdat de grondstoffen daar in grote hoeveelheden aanwezig zijn en omdat er minder belemmeringen zijn om nieuwe producten te vermarkten. Daarnaast is er voor Vlaanderen ook een stijgende competitie met de buurlanden, die zich allen sterk aan het profileren zijn op vlak van de bioeconomie. Langs de andere kant biedt dit kansen voor samenwerking. TRAGE OMSCHAKELING VAN PRODUCTIEPROCESSEN

De radicale veranderingen in het productieproces

35

die IB vraagt gebeuren eerder traag omdat bedrijven op kortere termijn de grote investeringen uit het verleden willen rentabiliseren. Bovendien vragen radicale veranderingen ook belangrijke wijzigingen voor en achter in de waardeketen, onder andere op infrastructureel gebied. Momenteel wordt vastgesteld dat de grote bedrijven voornamelijk interesse hebben in drop-in chemicaliën die tot doel hebben de bestaande waardeketen waarin ze ingepast worden zo min mogelijk te verstoren. Bij de kleine tot middelgrote bedrijven zien we meer ontwikkelingen van totaal nieuwe producten met nieuwe eigenschappen. HUIDIGE SLECHTE ECONOMISCHE SITUATIE

Radicale innovaties vragen grote investeringen in O&O, demonstratie- en productie-installaties en in infrastructuur. Processen op basis van Industriële Biotechnologie zijn vaak nog duurder dan fossiel-gebaseerde of chemie-gebaseerde alternatieven en de grondstofbevoorrading is nog relatief onzeker. Samen met de complexere wetgeving in Europa zijn dit factoren die in tijden van onzekerheid van de economische conjunctuur belemmeringen zijn voor verdere ontwikkeling en implementatie. 7.4.3 Beleid COMPLEXE, BELEMMERENDE REGELGEVING

De huidige wetgeving is complex, en wordt op sommige vlakken als belemmerend voor innovatie ervaren. Belangrijke voorbeelden zijn de REACH en Novel Food wetgeving. Dit nadeel laat zich immers het sterkst voelen in productontwikkeling en productlancering, die geconfronteerd worden met striktere productnormeringen en zwaardere administratieve procedures in de EU dan in de rest van de wereld. GEBREK AAN COHERENTE EN LANGETERMIJN VISIE

Nieuwe innovatieve waardeketens over de bestaande sector-grenzen heen hebben nood aan een coherent, transparant en langetermijn wetgevend kader. Beleidsmakers op de verschillende niveaus

36


erkennen dit en zetten stappen in de goede richting, maar bij de bedrijven overheerst vooralsnog de perceptie van onduidelijke, inconsequente en onzekere regelgeving. Een voorbeeld op Vlaams niveau is de inconsequentie tussen het materialendecreet en het energiedecreet. Langs de ene kant houden de doelstellingen voor hernieuwbare energie geen rekening met andere mogelijke toepassingen van biomassa, langs de andere kant schuift het materialendecreet de cascade voeding-materialen-energie naar voren als leidraad voor duurzaam gebruik van biomassa. Een voorbeeld op Europees niveau is de innovatiesteun voor de ontwikkeling van nieuwe biogebaseerde waardeketens langs de éne kant, en de belemmeringen in handels- en landbouwbeleid voor de toegang tot hernieuwbare grondstoffen aan de andere kant. 7.4.4 Grondstoffen STIJGENDE VRAAG NAAR BIOMASSA

Er is een stijgende vraag naar biomassa vanuit verschillende sectoren, zowel vanuit voeding en veevoeding als vanuit producten en materialen als vanuit energie. Bovendien kan het aanbod aan biomassa in de toekomst aan sterke schommelingen onderhevig zijn door bijvoorbeeld de klimaatverandering. Ook dit brengt onzekerheid in verband met voldoende toegang tot grondstoffen met zich mee. FLUCTUERENDE PRIJS VAN BIOMASSA

De prijs van biomassa fluctueert, enerzijds omdat deze grotendeels afhankelijk is van de fluctuerende olieprijs, en anderzijds omdat er schommelingen zijn in productie. Ook dit brengt onzekerheid in verband met voldoende toegang tot grondstoffen met zich mee. STERKE AFHANKELIJKHEID VAN WERELD OLIEEN -GASMARKT

Hoewel de prijs van biomassa grotendeels mee fluctueert met de prijs van aardolie, is het toch zo dat hoe hoger de aardolie prijs is, hoe meer het de moeite loont om in te zetten op biogebaseerde alternatieven. Het mogelijk effect van de recente schaliegasrevolutie specifiek op de ontwikkelin-

gen in de biogebaseerde economie is nog niet duidelijk en waarschijnlijk complex, omdat deze zowel op energiekost als op grondstofbeschikbaarheid en -kost een effect kan hebben. 7.4.5 Maatschappij PUBLIEKE OPINIE ROND GEBRUIK VAN BIOMASSA

Het gebruik van biomassa als grondstof voor biogebaseerde producten en Industriële Biotechnologie is niet volledig onbesproken. Het publiek stelt zich bij sommige toepassingen vragen bij de duurzaamheid ervan, wat zich vooral uit in de discussies rond “Indirect Land Use Change (ILUC)”, “Food versus Fuel” en GMO’s. Aangezien een negatieve publieke perceptie zeer veel impact kan hebben, is dit een bedreiging die dient opgevangen te worden door goede en wetenschappelijkgebaseerde communicatie en dialoog.

37

8. Waardeketens voor Industriële Biotec hnologie in Vlaanderen

Basis waardeketen (Engels) Basis waardeketen (Engels)

Col-‐ Pretreatment lec0on/ Col-‐ Biomass Resource Industriële Biotechnologie is een setPretreatment van technoWaste -‐ and Physical Agricul-‐ Stabiliza-‐ lec0on/ side streams Chemical ture and 0on logieën enStabiliza-‐ biokatalyse) die zowel Waste -‐ aand Physical Agricul-‐ of food nd Thermal forestry (fermentatie side streams Chemical ture and other Enzyma0c 0on een kernrol als een ondersteunende rol kunnen Biomass Resource

forestry

of industries food and other inindustries heel wat

Thermal Enzyma0c

hebben waardeketens. In onderstaande figuur wordt zo een waardeketen schematisch voorgesteld. Hierbij wordt vertrokken van

Downstream End product Conversion and/or processing extrac0on process Downstream End Consumer product Conversion and/or Industriële ketens voor Biotechnologie in Vlaanprocessing extrac0on process B2B Polymeriza0on Industrial

deren verder uitgediept. Na een grondige Consumer bePurifica0on Biotechnology B2B Polymeriza0on Industrial spreking wordt daarbij telkens een waardering Christalliza0on Chemical catalysis Purifica0on Biotechnology Formula0on Extrac0on gegeven voor vijf parameters Christalliza0on van de waardekeChemical catalysis Separa0on Formula0on zijn en hoe ze geExtrac0on ten. Welke deze parameters Separa0on scoord worden, staat uitgelegd in onderstaande waarderingstabel.

Basis waardeketen (Nederlands) Figuur 7 Basis waardeketen (Nederlands) Figuur 7 Grondstof Afval-‐ en Land-‐ Grondstof en neven-‐ bosbouw Afval-‐ en Land-‐ en stromen neven-‐ bosbouw van stromen voedings-‐ van en andere voedings-‐ industrieën en andere industrieën

Verzameling /Stabilisa0e Verzameling /Stabilisa0e

Voor-‐ behandeling Voor-‐ behandeling Fysisch Chemisch Fysisch Thermisch Chemisch Enzyma0sch Thermisch Enzyma0sch

OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen Industriële biotechnologie Industriële Chemische katalyse biotechnologie Extrac0e Chemische katalyse Scheiding Extrac0e Scheiding

Figuur 7: Algemeen schema voor de waardeketen van biogebaseerde producten

een grondstof die via een reeks voorbehandelings-, omzettings- en “downstream”- processing stappen wordt omgezet in een eindproduct. Het grootste deel van de Industriële Biotechnologie processen vertrekken van biogebaseerde grondstoffen. Een aantal bedrijven ontwikkelen ook biokatalytische toepassingen op basis van fossiele grondstoffen of bouwstenen. Biokatalyse is immers veelbelovend voor de chemische industrie in zijn zoektocht naar moleculen met speciale functionaliteiten (farmaceutische intermediairen, chirale moleculen etc). In deze roadmap hebben we ons echter geconcentreerd op deze waardeketens die uitgaan van biogebaseerde grondstoffen. In dit hoofdstuk worden de belangrijkste waarde-

38


Downstream processing Downstream processing Polymerisa0e Opzuivering Polymerisa0e Kristallisa0e Opzuivering Formula0e Kristallisa0e Formula0e

Product Product Consument

B2B Consument B2B

Tabel 3: Waarderingstabel met uitleg van de scores die gegeven worden op de verschillende aspecten van de waardeketens

Parameter

Grondstof

Waarderingstabel Technologie Rol IB in Toepassing en markt proces en proces

Concurrerende waardeketen

Evaluatie

• Hoe groot is de omvang van de inputstroom? (relatief t.o.v. de benodigde hoeveelheid voor de beoogde eindtoepassing) • Is de input beschikbaar? (oogst - transport – logistiek) • Hoe bruikbaar is de inputstroom? (is de aard van de input geschikt voor het proces?

In welk ontwikkelingsstadium zit het proces? (dit covert het hele proces)

Hoe groot is de relatieve rol van IB in het proces?

Hoe groot en divers is de markt: Zijn er belangrijke (groot volume en/of hoge waarde) toepassingen en/of zijn de toepassingen divers?

Hoe uniek is deze input stroom voor deze toepassingen? Biedt deze combinatie inputstroom/proces een meerwaarde t.o.v. concurrerende grondstoffen?

Score 1

Kan maximaal een marginaal deel van de eindtoepassing van grondstof voorzien, de logistiek is niet aanwezig en/of de inputstroom is nauwelijks bruikbaar voor het proces omwille van samenstelling (bv. te lage concentraties), aard (bv. gas ipv vloeibaar) of toeleveringsmogelijkheden Kan maximaal een marginaal deel van de eindtoepassing van grondstof voorzien, de logistiek is niet aanwezig en/of de inputstroom is nauwelijks bruikbaar voor het proces omwille van samenstelling (bv. te lage concentraties), aard (bv. gas ipv vloeibaar) of toeleveringsmogelijkheden

Labofase

Verwaarloosbaar tot niks

Slechts zeer beperkt aantal toepassingen met zeer beperkte impact

Er is een aanzienlijke tot zeer aanzienlijke concurrentie van een andere grondstof (goede beschikbaarheid en prijs)

Score 3

Kan een redelijk deel van de eindtoepassing van grondstof voorzien, de logistiek is gedeeltelijk aanwezig en/of mits specifieke aanpassingen kan de input stroom voor dit proces gebruikt worden, en dat gebeurt ook in zekere mate

Piloot/Demo

Gedeeltelijke rol

Redelijke markt wegens beperkt aantal toepassingen van groot volume of grote meerwaarde OF veel toepassingen met kleiner volume of meerwaarde

Redelijke markt met 1) een beperkt aantal toepassingen van groot volume en/of grote meerwaarde of 2) een groot aantal toepassingen met kleiner volume/meerwaarde

Score 5

Kan een groot deel van de eindtoepassing van grondstof voorzien, de logistiek is volledig in orde en/of de inputstroom is goed bruikbaar voor het proces, zonder veel bijkomende stappen

Industrieel

Belangrijke rol

Grote markt wegens 1) groot aantal toepassingen van groot volume of grote meerwaarde of 2) veel toepassingen met kleiner volume of meerwaarde PLUS beperkt aantal toepassingen van groot volume of grote meerwaarde.

Er is nauwelijks tot geen concurrentie met een andere grondstof (duidelijke voordelen van deze waardeketen op alle vlakken, beschikbaarheid, prijs, technologie-ontwikkeling)

Pijl

Geeft verwachte evolutie in de tijd weer tussen nu en middellange termijn

39

8.1 Productie van eerste en tweede generatie suikers

suikerbieten, suikerriet of suikerpalm (sucrose), de suikers die indirect gewonnen worden uit zetmeelhoudende gewassen (glucose) of de suikers die indirect gewonnen wordt uit cellulosebevattende grondstoffen (vezelachtig materiaal) zoals hout of stengels.

Suikers (sucrose, glucose, fructose) zijn de basisgrondstof voor de meeste producten die vandaag via fermentatieve Industriële Biotechnologie worden geproduceerd. Micro-organismen gebruiken suikers in aerobe en anaerobe vergistingsDe wereldwijde productie van sucrose bedraagt processen voor de productie van een brede waaiongeveer 160 M ton, waarvan 80% uit suikerriet er aan producten gaande van organische zuren en 20% uit suikerbiet. In België worden vandaag (melkzuur, alcoho8.1 Eerste citroenzuur, en tweede barnsteenzuur,..), genera9e suikers Figuur 8 4,5 M ton suikerbieten verwerkt tot ongeveer len (ethanol, 1,3 propaandiol, butanol, …), poly670.000 ton sucrose. Sucrose is een disaccharimeren (PHA, ..), vitamines, enzymen enzovoort. de, een molecule samengesteld uit een glucoseSuiker is echter in de eerste plaats een stof die Grondstof 1/ Suikerbiet en suikerriet 2/ Granen, knollen en peulvruchten 3/ Hout, katoen, vlas en nevenstromen zoals stro

Verzameling /Stabilisa0e Oogst Verzameling Stabilisa0e Logis0ek

Voor-‐ behandeling

OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen

Reiniging, verkleinen, stoomexplosie, verpulping

Uitloging Enzyma0sche hydrolyse

Downstream processing Opzuivering Filtra0e Concentra0e (Her)kristallisa0e

Product Suiker/suikers

Figuur 8: Schematische voorstelling van de waardeketen van eerste en tweede generatie suikers

in de voeding wordt aangewend als zoetmaker, energiebron, of omwille van zijn bewaar- en/of textuureigenschappen. Vandaag houdt de consumptie van suiker de directe productie op basis van suikerriet en suikerbiet in evenwicht (>160 M ton). Het gebruik van suikers voor de productie van chemicaliën in de biogebaseerde industrie staat omwille van die reden onder druk in de zogenaamde “food vs fuel” discussie. Bijkomende bronnen van suikers dienen dus te worden aangeboord indien de biogebaseerde economie zich verder wil ontwikkelen. 8.1.1 Grondstoffen In essentie zijn er drie grote bronnen voor koolhydraten of suikers: de suiker die direct gewonnen wordt uit suikerhoudende gewassen zoals

40


eenheid en een fructose-eenheid. Sucrose, zowel als zijn samenstellende eenheden hebben elk specifieke fysicochemische en sensorische eigenschappen wat maakt dat ze verschillende toepassingen hebben in de voeding. Voor fermentatiedoeleinden wordt hoofdzakelijk sucrose gebruikt onder de zuivere vorm van kristallijn suiker of in de vorm van suikerrijke nevenstromen van de suikerindustrie (melasse). Daarnaast worden voor fermentatiedoeleinden ook glucosestropen en sucrosestropen gebruikt. Suikerproductie is sterk gereguleerd in Europa. Er bestaan interne productiequota, opgesplitst per land, voor een totaal van omzeggens 13 Mton voor voedingstoepassingen tegen een referentieprijs van 404 €/ton, gekoppeld aan een minimale bietenprijs voor landbouwers. De voedingsindus-

trie betaalt echter veel meer dan de referentie prijs van 404 €/ton. Naast de productiequota heeft men ook een “Out of quota” suikerproductie zonder referentieprijs. Mogelijkheden voor deze volumes zijn onder andere export (ook geplafoneerd tot 1,35 Mt) en toepassing van suiker voor industriële toepassingen zoals chemie, gist en bioethanol. Naast dit intern quotumsysteem hanteert de Europese unie ook een zogenaamd TRQ systeem (Tariff-Rate Quotas) voor import van suiker, wat in principe neerkomt op vrijstelling van importheffing per ton tot een bepaalde hoeveelheid geïmporteerd suiker van buiten de EU. Voor industriële toepassingen kan 400.000 ton ingevoerd worden vrij van importheffing. Het quota systeem vervalt op 30 september 2017. Er zal dan geen verschil meer zijn tussen suiker voor industriële toepassingen zoals chemie, gist & bioethanol en andere fermentaties, en voor de voeding. De TRQ zal ook vervallen waardoor het mogelijk economisch niet meer haalbaar zal zijn voor de chemie om nog suiker in te voeren (invoerheffing = 419€/ton). Een tweede belangrijke bron van suikers zijn zetmeelhoudende gewassen zoals granen (mais, tarwe, rijst, …), (wortel)knollen (aardappel, cassave,...) of peulvruchten. Zetmeel is een suikerpolymeer dat via een enzymatisch proces (saccharificatie) kan omgezet worden in glucose of druivensuiker. Wereldwijde productie van mais, tarwe en rijst bedraagt respectievelijk ongeveer 850 M ton, 650 M ton en 470 M ton (USDA cijfers 2012-2013). De wereldwijde consumptie van tarwe en rijst overschrijdt de productie met dalende stocks tot gevolg. Enkel voor mais is er een licht productieoverschot t.o.v. de consumptie, hoofdzakelijk te wijten aan de gestegen productie in de VS. Dit heeft in belangrijke mate te maken met de stijgende bioethanolproductie die in de VS instaat voor 40% van het geproduceerde maisvolume. Het overgrote deel van de consumptie betreft voeding (humaan en vee), alhoewel er van elk van deze producten ook chemische toepassingen van het geproduceerde zetmeel of zijn derivaten bestaan.

In 2010 werd in België ongeveer 5 miljoen ton tarwe geconsumeerd, waarvan 1,8 miljoen intern werd geproduceerd (40% in Vlaanderen, EWI studie). Gerstproductie in België bedroeg 350.000 ton. Alleen al in de brouwerijen wordt er naar schatting 1 miljoen ton verbruikt, voornamelijk geïmporteerd vanuit Frankrijk. Voor korrelmais bedroeg in 2012 het productievolume in België 1,7 Mton. Het overgrote deel hiervan wordt in Vlaanderen geteeld. Deze productie voorziet in ongeveer 45% van de jaarlijkse behoefte. De rest wordt geïmporteerd vanuit voornamelijk Frankrijk. Voor import van granen gelden gelijkaardige TRQ’s als voor suiker, alhoewel in de praktijk voor de meeste granen en voor de meeste landen deze TRQ’s zijn gelijkgesteld aan 0. De derde belangrijke bron van suikers is cellulose. Cellulose is -zoals zetmeel- een glucosepolymeer, maar het verschilt van zetmeel in de wijze waarop de glucosemoleculen aan elkaar zijn gekoppeld. De zogenaamde “bindingen” tussen de moleculen zijn een pak steviger en dit heeft in essentie te maken met de intrinsiek verschillende functies die beide polymere vormen van glucose hebben, namelijk steunverlening voor cellulose versus (snelle) energieopslag voor zetmeel. Plantenmateriaal bestaat gemiddeld gezien voor 30% van de droge massa uit cellulosevezels. Hout, katoen, vlas, maar ook de reststromen van landbouwgewassen zoals stro van graangewassen en dergelijke bevatten alle behoorlijke hoeveelheden ontsluitbare cellulosevezels. De cellulosevezels van hout vinden vandaag hun toepassing in de papierindustrie, of in meer hoogwaardige toepassingen na chemische modificatie zoals cellofaan en viscose voor textiel. In 2013 werd in België 1,7 Mt hout hoofdzakelijk afkomstig uit Frankrijk verwerkt tot pulp. Daarnaast werd in 2013 in totaal 1,2 Mt gerecycleerd papier verwerkt tot papier/pulp voor krantenpapier of voor karton, wat 60% is van het gerecycleerde totaal. Cellulose wordt vandaag echter ook gezien als een mogelijke bron van “tweede generatie” suikers voor de

41

fermentatie-industrie, na splitsing van de cellulosevezels via specifieke enzymatische processen. De term “tweede generatie” slaat op het feit dat cellulosesuikers niet in competitie treden met de voedingsketen. De hoeveelheid beschikbare cellulose is omzeggens onbeperkt. Wanneer we bijvoorbeeld kijken naar de productie van hout uit bosbouw alleen dan bedraagt dit wereldwijd ongeveer 4-5 miljard m3 naargelang de schattingen wat neerkomt op een 2,5-3 miljard ton hout voor meubelen, constructie, papier maar ook energietoepassingen. Zoals ook voor suikers en zetmeel het geval is, bestaat er echter een duidelijke marktcompetitie voor houtachtige biomassa. Omwille van die reden wordt vandaag voornamelijk gekeken naar cellulose-bevattende nevenstromen die minder in competitie treden met bestaande toepassingen. Het gaat hierbij om nevenstromen uit de landbouw, maar ook om meer complexe afvalstromen van industrie en huishoudens, die nog relatief veel cellulose bevatten, maar daarentegen moeilijk kostenefficiënt transporteerbaar en bewaarbaar zijn onder meer door hun hoog watergehalte. Het potentieel hiervan blijft hoog. De in 2010 gepubliceerde studie uitgevoerd door Bloomberg New Energy Finance op vraag van DSM en Novozymes schatte de hoeveelheid beschikbare celluloserijke nevenstromen in Europa op 1,2 miljard ton. Het betrof hier zowel nevenstromen van de landbouw (79%), als huishoudelijk en stedelijk vast afval (19%), als residuen uit de bosbouw (2%). Vandaag zien we echter dat als gevolg van de invoering van groene stroom certificaten, dergelijke biomassa voornamelijk richting vergisting gaat waarbij het methaan via verbranding omgezet wordt tot warmte en elektriciteit. Drogere biomassa wordt ingezet voor verbranding in professionele installaties, ook met elektriciteitsopwekking tot doel. In Gent werd een grootschalige kolencentrale omgevormd tot een biomassacentrale waarvoor jaarlijks omzeggens 1 Mt houtpellets vanuit Canada en Noord-Amerika naar Vlaanderen worden verscheept. Industriële nevenstromen in hun brede zin zijn

42


vandaag geen “commodity”, met slechts een beperkte marktwerking tot resultaat. De meeste van deze stromen vallen onder de Europese en regionale afvalwetgeving, en moeten een procedure doorlopen bij de bevoegde instanties (OVAM in Vlaanderen) om te mogen verhandeld worden tussen industriële spelers. Dit geldt echter niet voor nevenstromen van de voedingsverwerkende nijverheid die in de meeste gevallen worden gevaloriseerd als veevoeding. Zo ook voor bepaalde celluloserijke nevenstromen uit de agro-foodsector die vandaag onderdeel uitmaken van het dieet van herkauwers. Voor een groot deel van de vezelrijke nevenstromen afkomstig van landen tuinbouw en natuurbeheer of bosexploitatie bestaat echter vandaag geen economische toepassing. Dit heeft velerlei redenen. De biogebaseerde economie is relatief jong. Vele toepassingen zitten nog in de onderzoeks- of pilootfase wat een correcte prijszetting van de grondstof vandaag bemoeilijkt. Nog belangrijker is dat er geen of beperkte kennis voorhanden is betreffende de logistieke aspecten van deze nevenstromen waarmee zowel de collectie wordt verstaan als de voorbehandeling, de stabilisatie, het transport en de bewaring. Daarnaast zijn er onvoldoende gegevens beschikbaar over de effecten die het wegnemen van bv. oogstresten heeft op de lange termijn bodemvruchtbaarheid. Desalniettemin blijft het potentieel van vezelrijke nevenstromen voor de ontwikkeling van de biogebaseerde economie groot. Zelfs indien slechts 25% van de beschikbare oogstresten wordt gemobiliseerd, kan dit voldoende ethanol opleveren om 50% van de Europese nood aan benzine te lenigen, volgens de hierboven geciteerde Bloomberg studie. 8.1.2 Technologie en proces Suikerbieten en granen zoals tarwe, mais en zelfs rijst worden in Vlaanderen verwerkt tot respectievelijk suiker en zetmeel volgens procedures en processen die doorheen de jaren steeds verder werden verfijnd en geoptimaliseerd. Het productieproces dat suiker afzondert uit suikerbiet is in

essentie een opeenvolging van een oplossingsstap van het suiker uit de pulp door middel van heet water, gevolgd door een zuiveringsstap en kristallisatie van de suiker. Ook de conversie van zetmeel tot suiker is een gekend enzymatisch proces dat reeds jaren wordt toegepast. Daarbij wordt het zetmeel eerst via een enzymatisch hydrolytisch proces door amylasen gesplitst in zijn monomere glucosevorm. De amylasen kunnen via kieming van de graankorrel worden opgewekt, zoals bij het traditionele bierbrouwersproces, of als dusdanig worden aangekocht bij gespecialiseerde enzymproducenten en toegevoegd aan het proces. Het vrijgestelde glucose wordt vervolgens opgezuiverd, geconcentreerd en desgewenst gekristalliseerd. De processen voor de vrijstelling van cellulose uit plantenmateriaal zijn complexer en energieintensiever dan deze voor suiker en zetmeel. De verstrengelde cellulosevezels liggen immers ingebed in een polymere matrix van hemicellulose en lignine. Het vrijmaken van de cellulosevezels is een complex proces waarvan de energie-intensiteit oploopt naarmate de hemicellulose en ligninematrix steviger is. De bekendste voorbeelden van dergelijke processen zijn deze toegepast in de papierindustrie bij de productie van pulp uit hard- en zachthout. (Thermo)mechanische processen al dan niet in combinatie met chemicaliën zoals basen, sulfietzouten of solventen, leveren cellulosevezels waarbij de lengte en de zuiverheid van de vezel afhankelijk zijn van het gebruikte productieproces. Er wordt onderzoek gedaan naar bio”pulping” (biologische papierpulpproductie), vergelijkbaar met de chemische versie die hierboven werd beschreven, maar met behulp van bepaalde soorten schimmels die peroxidase enzymen produceren die het lignine selectief afbreken maar de cellulosevezels sparen. Zoals hierboven reeds aangehaald zijn er in België een aantal fabrieken die op basis van hout papierpulp maken (zie ook 8.3). Daarnaast zijn er in onze regio een aantal papier en kartonfabrieken

wiens proces is afgestemd op recyclagestromen van papier en karton. Deze processen worden mede mogelijk gemaakt door een efficiënt ophalings- en sorteringsmechanisme dat doorheen de jaren in onze regio is ontwikkeld. Dus zowel voor hout als voor gerecycleerd papier en karton kan de bruikbaarheid voor de productie van cellulose als heel hoog worden ingeschat. Voor nevenstromen van de landbouw, bosbouw en het natuurbeheer is het echter een complexer verhaal. Elke plant heeft zijn karakteristieke cellulose-, lignine- en hemicellulosesamenstelling wat maakt dat om de cellulose vrij te stellen de voorbehandelingstechnologie moet afgestemd zijn op de samenstelling van de nevenstroom. Daarnaast zal het in de toekomst economisch noodzakelijk worden om naast de cellulose ook de twee andere fracties voldoende zuiver af te zonderen en te verwaarden, wat uiteraard de technologische complexiteit van het bioraffinageproces verhoogt (zie ook 8.3). Idealiter kunnen technologieën worden ontwikkeld die mengsels van nevenstromen met gelijkaardige karakteristieken kunnen behandelen. Dit is een niet evidente benadering vanuit industrieel oogpunt, maar het heeft het voordeel dat op die manier grotere volumes regio-eigen grondstoffen kunnen worden verwerkt. Dit is het concept dat vanuit het VIS-VISIONS IWT-project op pre-industriële schaal wordt onderzocht voor maïsstro en bermgras, in samenwerking met de Bio Base Europe Pilot Plant. Naast de variabele samenstelling van de verschillende nevenstromen en de hieraan gekoppelde complexiteit van de ontsluitingstechnologieën zijn er een aantal andere moeilijkheden van bruikbaarheid van nevenstromen uit landbouw, bosbouw en natuurbeheer. Voorbeelden zijn de vervuiling van bermgras met stenen, blikjes etc., en de piekoogst van dergelijke types nevenstroom waardoor bewaringstechnieken zullen moeten worden ontwikkeld. De relatief hoge en variabele verhouding van schors/ hout van snoeihout is een ander voorbeeld die de bruikbaarheid van deze biomassastroom beperkt. Vandaag zijn in Europa een aantal tweede generatie industriële projecten in piloot- en demon-

43

stratiefase, die gebaseerd zijn op de ontsluiting van onder andere suikers uit stro van tarwe of mais, olifantsgras (Miscanthus Giganteus) of pijlgras (Arundo Donax). 8.1.3 Toepassing en markt Het overgrote deel van de suiker die vandaag wordt geproduceerd, vindt zijn afzet in de voedingssector. De Europese markt voor suiker wordt gestuurd via een stelsel van hoge importheffingen op suiker van buiten de EU, productiequota per land (met boetes wanneer dit quotum wordt overschreden) en minimumprijzen voor suikerbieten en suiker. Als een gevolg hiervan heeft de Europese suikerprijs altijd beduidend boven de wereldmarktprijs gelegen. Sinds 2006 zijn er vergaande hervormingen doorgevoerd in de marktordening voor de Europese suikersector. Eén van de maatregelen voorziet in de mogelijkheid om buitenquotumsuiker te gebruiken voor “industriesuiker” (i.e. suiker voor de binnenlandse chemische en farmaceutische industrie). Dit suiker kan binnen de EU vrij verhandeld worden. Daarnaast is er een contingent van 400.000 ton suiker die vrij van importheffing voor industriële toepassingen kan ingevoerd worden in Europa. Beide maatregelen hebben ervoor gezorgd dat de Europese prijzen voor industrieel suiker tijdelijk lager lagen dan de wereldmarktprijs. Het blijft echter belangrijk voor de fermentatie-industrie om suiker aan de wereldmarktprijs te kunnen kopen gezien deze industrie in concurrentie moet treden met bedrijven buiten de EU, die wel goedkopere suiker kunnen kopen wanneer de wereldmarktprijs laag is (t.o.v. de Europese prijs). De productie van suikerbiet in onze regio (België en meer algemeen Engeland, Nederland, NoordFrankrijk en Duitsland) is zeer efficiënt, zelfs in die mate dat het mogelijk is om een goedkope grondstof voor de bio-industrie te telen die prijscompetitief is met de suiker gewonnen uit suikerriet18. Als de suikergrondstof zou kunnen geproduceerd worden ook met het oog op gebruik 18

44

in de fermentatie-industrie, kan Vlaanderen zijn unieke positie verzilveren (goede locatie voor de productie van de basisgrondstof én aanwezigheid van een grote markt) voor de nieuwe producten uit de bio-industrie zoals bio-plastics. Vanuit het beleid is het daartoe noodzakelijk de nodige randvoorwaarden te creëren voor de installatie van een homogeen “speelveld” (“level playing field”) voor deze grondstof wat de fermentatie-industrie moet toelaten de suiker aan te kopen tegen (wereld)marktconforme prijzen. Op dit moment zorgen onder meer mechanismen zoals importquota en TRQ’s voor kunstmatig hogere prijzen voor suiker binnen onze regio. De mogelijke fermentatieve toepassingen van suikers zijn vrijwel onbeperkt. Voorbeelden die vandaag op de markt zijn, zijn voedingsadditieven, oppervlakte-actieve stoffen en basisgrondstoffen voor de chemische industrie. Voor een groot deel van de meer hoogwaardige producten zoals intermediairen voor de farma-industrie, enzymen en vitamines maakt de industrie gebruik van suikers als koolstofbron. Voor vele industriële, voornamelijk bulk-, fermentatieprocessen wordt echter ook gestart van zetmeelhoudende gewassen waarbij de vrijgemaakte suikers zonder voorafgaandelijke zuivering onmiddellijk wordt ingebracht in het fermentatieproces, wat een belangrijke kostenreductie van het proces betekent. Dit is in belangrijke mate zo voor de bioethanolproductie en gelijkaardige procesontwikkelingen vinden plaats voor de fermentatieve productie van chemische bouwstenen zoals barnsteenzuur, butanol, sorbitol, en andere. Een belangrijke factor die de ontwikkeling van de Industriële Biotechnologie in Europa heeft bepaald was de “Food vs Fuel” discussie van een aantal jaar geleden. Hierbij werd een grote bezorgdheid geuit over de negatieve invloed die een grootschalig gebruik van voedingsstoffen (zoals mais en tarwe) voor fermentatieve brandstofproductie (ethanol) zou hebben op de maisprijs, met als gevolg dat deze basis-voedingsgrondstof te duur zou worden voor aanschaf door derde we-

Opportunities for the fermentation-based chemical industry: an analysis of the market potential and competitiveness of North-West Europe. September 2014. Deloitte.


lijk haalbaar zijn indien niet naast het cellulose ook terzelfdertijd het hemicellulose en lignine, en eventueel andere stoffen aanwezig in de nevenstroom worden afgezonderd en vermarkt (bioraffinage). Voor voedingstoepassingen zal het bijkomend noodzakelijk zijn dat de volledige keten van collectie tot voorbehandeling verloopt volgens de gangbare normen in de voedingssector, inclusief traceerbaarheid van de grondstoffen. Naar verwachting zullen deze moeilijke uitdagingen om lignocellulose in te zetten als grondstof voor de witte biotechnologie pas gerealiseerd worden in Europa binnen ettelijke jaren. Vlaanderen en Europa moeten daarom ook blijven inzetten op de “eerste generatie” Industriële Biotechnologie startend van suikers of zetmeel voor de productie van chemicaliën met hoge toegevoegde waarde. Deze hogere toegevoegde waarde moet op termijn een eventueel hogere grondstofprijs gepaard met de inzet van lignocellulosestromen kunnen absorberen. Experten wijzen er op dat een slimme koppeling van investeringen in eerste en tweede generatie biotechnologie noodzakelijk is om te vermijden dat de sinds jaren opgebouwde expertise in Industriële Biotechnologie verdwijnt uit Europa.

reldlanden. Deze discussie heeft de ontwikkeling van de Industriële Biotechnologie ontegensprekelijk vertraagd. Aan de andere kant heeft dit tot gevolg gehad dat daaropvolgend een belangrijke versnelling werd gerealiseerd in de ontwikkeling van alternatieve tweede generatietechnologieën die suikers produceren op basis van cellulose- en vezelrijke nevenstromen. De Europese Commissie heeft de laatste jaren de ontwikkelingen van deze tweede generatietechnologieën willen ondersteunen, onder andere via de Richtlijn Hernieuwbare Energie die lidstaten verplicht te garanderen dat het aandeel hernieuwbare energie in de transportsector in 2020 minstens 10% bedraagt, en bijkomend het invoeren van een aantal concepten zoals de dubbeltelling en vierdubbeltelling van deze brandstoffen die geproduceerd worden op basis van niet voedingsgewassen (tweede generatie dus). Dit heeft echter vooralsnog slechts een beperkt resultaat opgeleverd. Desalniettemin wordt geloofd dat de grootschalige beschikbaarheid van suikers uit lignocellulose een belangrijke driver zal zijn voor de ontwikkeling van de Industriële Biotechnologie wereldwijd. Binnen de context van de huidige relatief lage olieprijzen, zal dit echter niet of moei8.1.4 Waardering Technologie en proces

Rol IB in proces

Toepassing en markt Concurrerende waardeketen

Scoring (zie p. 39) 5→➞ 5

5→➞ 5

3

5→➞ 5

1→➞ 3

Analyse

- Mature technologie voor de extractie van suiker uit primaire grondstoffen

- Rol vnl. bij de conversie van zetmeel naar suiker, of van bepaalde suikers naar andere suikers (zoals glucose ➞ fructose)

- Toepassing en markt gekend en bestaand: voeding en bepaalde chemicaliën

- Het gebruik van suiker voor niet-voedingstoepassingen staat in concurrentie met het gebruik van suiker in de voeding

Eerste generatie suiker

Grondstoffen

- Grote, stabiele beschikbaarheid van eerste generatie grondstoffen voor suiker (suikerbiet, granen, peulvruchten)

- In de toekomst meer aandacht voor suikers en zetmeelextractie uit nevenstromen

- Niet-voedingstoepassingen van suiker staan onder druk door de food vs fuel discussie

- Concurrentie met de productie van chemicaliën uit fossiele grondstoffen

45

Tweede generatie Grondstoffen suiker


Rol IB in proces


Scoring (zie p. 39)

5→➞ 3

3→➞ 5

5

1→➞ 5

1→➞ 3

Analyse

- Grote, stabiele beschikbaarheid van cellulose-houdende grondstoffen

- Veel ontsluitingstechnologieën wereldwijd in piloot en/of demonstratiefase,

- Het overgrote deel van de ontsluitingstechnologieën voor suikers uit cellulose gebruikt enzymen

- De suikers worden als dusdanig niet geraffineerd en vermarkt, maar onmiddellijk in de daaropvolgende fermentatie aangewend

- Concurrentie met 1ste generatie suiker, die goedkoper en zuiverder is, en fossiele grondstoffen.

- Nieuwe logistiek nodig aangepast aan de verschillende types nevenstromen uit landbouw, natuurbeheer en industrie - Introductie van nieuwe teelten op gronden die ongeschikt zijn voor voedingsgewassen

- Nood aan nieuwe bioraffinage-concepten die meerdere constituenten uit een nevenstroom valoriseren (eiwitten, suikers, vetten, cellulose, lignine)

8.1.5 Conclusie Koolhydraten of suikers kunnen zowel uit eerste(suikerbiet, suikerriet, zetmeel) als uit tweedegeneratie (niet-voedingsgerelateerde vezelrijke) grondstoffen gewonnen worden. Suikerproductie vanuit eerste generatiegrondstoffen gebeurt via mature technologie die sinds lang op industriële schaal wereldwijd wordt toegepast. Deze suiker vindt zijn voornaamste toepassing in de voeding, maar industriële fermentatieve toepassingen zijn beschikbaar. Het betreft meestal fijnchemicaliën die minder onder druk staan van een concurrerende lage olieprijs of buitenlandse concurrentie. Het gebruik van “voedingssuiker” voor de fermentatieve productie van grote volumes chemicaliën daarentegen zal moeten opboksen tegen de lage productiekost op basis van goedkope olie uit de traditionele chemie of van concurrentie van buiten de EU die kan gebruik maken van suiker aan wereldmarktprijs. Tevens staat de publieke opinie weigerachtig tegenover het gebruik van voedingsgewassen voor de productie van biobrandstoffen zoals gebleken is uit de ganse “food

46


- De zoektocht naar performante nieuwe enzymen die kostenefficiënt kunnen geproduceerd worden, blijft cruciaal

- Toepassing in voeding wellicht niet mogelijk

- “food vs fuel” discussie is hier een driver

- Concurrentie met de andere grond- Groot potentieel stoffen neemt af als grondstof voor naarmate meerdere fermentatie en che- componenten uit de mische katalyse nevenstromen gevaloriseerd worden

vs fuel” discussie. Dit geldt echter veel minder voor de fermentatieve productie van andere chemicaliën, zoals voedingsadditieven, bioplastics of antibiotica. Het beschikbaar maken van suikers vanuit tweede generatiegrondstoffen is nog volop in technologische ontwikkeling, en Industriële Biotechnologie speelt hierin een belangrijke rol. Daar waar de grondstof (cellulose) in voldoende grote mate beschikbaar is en een aantal technologieën in een aantal landen wereldwijd de fase van industriële demonstratie hebben bereikt, zijn er nog belangrijke uitdagingen op vlak van logistiek en infrastructuur die mede de economische haalbaarheid van deze bron van suikers onder druk zetten. Het economisch plaatje zal pas kunnen kloppen wanneer de kostprijs van de technologie verder daalt, er naast het cellulose ook andere fracties van de biomassa kunnen worden verwaard (zoals het hemicellulose en het lignine, zie verder) en de grondstof efficiënt kan worden verzameld en bewaard. Op dat moment worden tweede generatie suikers (vaak niet als dusdanig geraffineerd en

vermarkt, maar als processtroom rechtsreeks ingezet in volgende conversiestappen) een echt alternatief als grondstof voor fermentatie en chemische katalyse. Het is aangewezen om in afwachting hiervan de prijs van de huidige (eerste generatie grondstoffen) meer aantrekkelijk te ma-

8.2 Produc9e van bulk-‐ en fijn-‐chemicaliën

ken om de bestaande fermentatie-industrie in Europa te houden en te zorgen dat grote bedrijven blijven investeren in onze regio. In de loop van de laatste decennia werden nieuwe capaciteiten gebouwd hoofdzakelijk in landen waar de kost voor de suikergrondstof lager is.

Figuur 9

8.2 Productie van bulk- en fijnchemicaliën uit 1ste en 2de generatie suikers Deze waardeketen bouwt verder op waardeketen 1: productie van 1ste en 2de generatie suikers.

Grondstof Suiker(s) Suikerrijke grondstof

Verza meling / Stabili za0e

Voor-‐ behan deling


Downstream processing Disrup0e Scheiding Extrac0e Opzuivering

Fermenta0e Biokatalyse

Product methanol, ethanol, propanol butanol, azijnzuur, melkzuur, barnsteenzuur, citroenzuur, speciale suikers, vitamines, an0bio0ca, aminozuren, enzymes, detergenten, biopolymeren, caprolactam, furaandicarboxylzuur, propyleen, isobuteen, isopreen, intermediairen van de farma-‐industrie

Figuur 9: Schematische voorstelling van de waardeketen van bulk- en fijnchemicaliën uit 1ste en 2de generatie suikers

8.2.1 Grondstoffen

8.2.2 Technologie en proces

tatieproces. Tijdens dit proces zetten bacteriën of gisten de suikers om in bepaalde chemische stoffen, en dit onder normale omstandigheden van druk en temperatuur. In principe is het mogelijk op die manier een enorme diversiteit aan producten te produceren. De bacteriële of gistproductiestammen die hiervoor gebruikt worden zijn aanwezig in ons dagelijks milieu. Ze worden echter speciaal voor de toepassing geselecteerd of kunstmatig gemodificeerd via geavanceerde biotechnologische technieken en “metabolic engineering” om de productie van de gewenste chemicaliën te optimaliseren.

Eenmaal de suikers zijn geïsoleerd uit de grondstof in voldoende hoge zuiverheid kan deze als basisgrondstof gebruikt worden voor een fermen-

Naast de klassieke fermentatietechnieken die gebruik maken van een al dan niet opgezuiverde suikerfractie (ook melasses of zetmeelstropen

Suikers worden gewonnen uit suikerbiet (in Europa) of suikerriet (in bv. Brazilië), uit zetmeel en in beginnende mate ook uit cellulosehoudende nevenstromen uit landbouw of natuurbeheer zoals stro van tarwe of mais, olifantsgras (Miscanthus Giganteus) of pijlgras (Arundo Donax). In voorgaand hoofdstuk werd uitvoerig ingegaan op de omvang, beschikbaarheid en bruikbaarheid van suikers uit dergelijke grondstoffen.

47

worden gebruikt) zijn een tweetal nieuwere technieken de laatste jaren in opgang die proberen op een meer efficiënte manier om te gaan met hun basisgrondstoffen. De Simultane Saccharificatie en Fermentatie (SSF) techniek bundelt twee afzonderlijke stappen in het fermentatieve productieproces, namelijk deze van de hydrolyse van zetmeel of cellulose tot glucose en deze van de fermentatie waarbij vanuit suikers het gewenste product wordt gevormd. Een tweede techniek probeert micro-organismen dermate genetisch te wijzigen dat deze naast de C6 suikers (glucose) afkomstig van de cellulose ook de C5 suikers (xylose), die afkomstig zijn van de hemicellulose, te metaboliseren, wat een belangrijke efficiëntieverhoging kan betekenen voor de processen die willen gebruik maken van vezelrijke nevenstromen. Naast fermentatie is biokatalyse de tweede belangrijke pijler binnen de Industriële Biotechnologie. Deze technologie maakt gebruik van enzymen (= natuurlijke eiwitten) om eenvoudige startmoleculen, al of niet biogebaseerd, om te zetten naar meer ingewikkelde eindproducten. In het voorgaande hoofdstuk werd reeds het gebruik van enzymen aangehaald bij de productie van suikers uit zetmeel of cellulose. Enzymen kunnen ook toegepast worden bij de verdere omzetting van suiker (glucose) in andere (isomere) vormen zoals fructose of iso-glucose of in gluconzuur (een voedingsadditief met bijkomende toepassingen in schoonmaakmiddelen en in de papier- en textielindustrie). Tot slot zijn er nog een aantal chemisch katalytische processen in ontwikkeling die gebaseerd zijn op suikers. Het meest bekende voorbeeld is het YXY proces van Avantium dat via selectieve heterogene katalyse glucose omvormt tot onder andere 2,5 furaandicarboxylzuur, een basisgrondstof voor meer geavanceerde plastics. Alhoewel dit geen Industriële Biotechnologie is worden deze technologieën vaak hiermee onder één noemer vermeld, gezien ze beide vertrekken van gelijkaardige biomassa grondstoffen.

48


8.2.3 Toepassing en markt Sinds het begin van de twintigste eeuw heeft de industrie fermentatietechnologieën ontwikkeld voor de productie van een breed gamma aan chemicaliën. Bedrijven zetten hierop in omwille van de opportuniteiten die fermentatieve processen kunnen bieden naar de productie van complexe chemicaliën met bijzondere en nieuwe eigenschappen of omdat fermentatieve processen vaak onder energetisch gunstigere omstandigheden plaatsvinden (lage temperatuur, omgevingsdruk). De mogelijke fermentatieve toepassingen van suikers zijn schier eindeloos. Bulk- en fijnchemicaliën zoals bepaalde alcoholen (methanol, ethanol, propanol) organische zuren (citroenzuur, azijnzuur, melkzuur, barnsteenzuur), antibiotica, aminozuren, speciale suikers, vitamines, detergenten, biopolymeren etc worden vandaag geproduceerd op commerciële schaal via Industriële Biotechnologie (zie Tabel 4). Suikers kunnen ook worden omgezet tot bio-aromaten met behulp van microorganismen of via enzymatische of chemische conversie (bv. furfural). Desalniettemin staat de markt voor biogebaseerde chemicaliën in vergelijking met deze van de gevestigde op petroleum gebaseerde producten nog in zijn kinderschoenen. Veel zit in de onderzoeks- en pre-industriële fase. De lijst van bedrijven met pilootof demoschaal onderzoek voor de industriële productie van nieuwe moleculen groeit echter gestaag. Caprolactam, furaandicarboxylzuur, propyleen, isobuteen en isopreen zijn voorbeelden van nieuwe moleculen verkregen via fermentatie die in de nabije toekomst op de markt beschikbaar komen. Zij kunnen gebruikt worden bij de productie van kunststoffen. Marktprognoses voor deze sector lanceren groeicijfers voor de komende vijf jaar van meer dan 50% (zie hoofdstuk 3.3.1 Markt).

Tabel 4: Productievolumes van een aantal producten geproduceerd op grote schaal via Industriële Biotechnologie Product

Productievolume wereldwijd **

Productievolume België

Technologie

Bioethanol

80 miljoen t/j

432.000 t/j***

Fermentatie

Isoglucose

20 miljoen t/j

115.000 t/j*

Biokatalyse

Glutaminezuur

1,5 miljoen t/j

Fermentatie

Citroenzuur

1 miljoen t/j

110.000 t/j***

Fermentatie

Melkzuur

400.000 t/j

30.000 t/j***

Fermentatie

Acrylamide

200.000 t/j

Biokatalyse (grondstof acrylonitrile)

Antibiotica

30.000 t/j

Fermentatie

* EU Sugar Balance, April 2014 update ** Schatting *** Op basis van productievolumes Belgische bedrijven

Biogebaseerde chemicaliën kunnen worden onderverdeeld in zogenaamde “drop-in” en nieuwe chemische stoffen. Drop-in chemicaliën zijn biogebaseerde versies van bestaande petrochemische producten. Aangezien ze in principe chemisch identiek zijn aan hun petrochemische equivalenten vormen ze een lager risico voor de producent met een potentieel snellere toegang tot de markten. De grootste belemmering voor de drop-ins is echter de kosten-competitiviteit met de op aardolie gebaseerde moleculen. In bepaalde gevallen is men er in geslaagd een serie van complexe chemische processen te vervangen door een relatief eenvoudig microbieel fermentatieproces met een grote energie en grondstofwinst tot gevolg. In de meeste gevallen echter zorgen de goedkope aardolieprijzen in combinatie met de mature chemische conversietechnologieën ervoor dat de traditionele chemische routes prijs-competitiever zijn dan het “bio-alternatief”. Daarenboven concurreren vooral de bulk “dropins” op de grondstofmarkt met de biobrandstoffen waarvoor via de Europese overheden allerlei steunmaatregelen zijn ontwikkeld. Dit laatste geldt ook voor de nieuwe platformmoleculen waar de fermentatieve piloot- en demonstratieinstallaties van in de steigers staan.

Voor nieuwe biochemicaliën liggen de belemmeringen op een ander vlak. Het gaat hier om stoffen met nieuwe structuren en nieuwe eigenschappen waaruit nieuwe producten en markten ontstaan. Er is voor deze nieuwe stoffen nog geen ontwikkelde markt en de nieuwe marktspelers ondervinden weerstand van de andere industriële spelers in de waardeketen. We zien dan ook dat veel van de lopende initiatieven samenwerkingsverbanden zijn in de waardeketen tussen producenten van de biomassa en bedrijven met chemische- en marktexpertise (wat ook opgaat voor de “dropins”). Belangrijk voor marktintroductie is ook het consumentenbewustzijn. Op dat vlak is er nog een weg af te leggen voor biogebaseerde chemicaliën: enerzijds is de consument slechts in beperkte mate bereid om een premium te betalen voor duurzamere producten, anderzijds stelt de consument zich vragen over de werkelijke duurzaamheid van deze producten. Dit uit zich onder andere in de consumentendruk om over te schakelen op niet-voedingsgebaseerde grondstoffen, wat de complexiteit en de kostprijs van de processen nog verder verhoogt. Aangezien ook overheden hier slechts beperkt en fragmentarisch op inspelen, wat bijvoorbeeld zou kunnen via hun

49

aankoopbeleid, zijn het vooral een aantal grote marktspelers zoals Danone, Coca-Cola of IKEA die vandaag een “pull” vanuit de markt creëren. Omwille van de beperkte beschikbaarheid van (eerste en tweede generatie) grondstoffen in onze regio achten sommige experten de kansen voor Industriële Biotechnologie in Vlaanderen niet te liggen in bulk- of platformchemicaliën maar wel in de productie van eerder lage volume fijnchemicaliën met specifieke/unieke eigenschappen die een hoge toegevoegde waarde creëren, en aldus de hogere productiekost (inclusief grondstofprijs) compenseren. Bijkomende argumenten in het voordeel van dergelijke stoffen zijn de lagere kapitaalbehoefte bij opschaling en productie, en de grotere “freedom to operate” (minder IP beperkingen). Voorbeelden hiervan zijn speciale enzymen (biokatalyse), chirale chemicaliën, farmaceutische intermediairen, cosmetica, detergenten, biocompatibele en bioafbreekbare polymeren. Maar ook in deze markten wordt de concurrentie internationaal. In een aantal zogenaamde lage-loonlanden (India, China) wordt vandaag reeds volop geïnvesteerd in de productie van deze financieel aantrekkelijker producten. De enquête die binnen dit project werd uitgevoerd leverde een meer genuanceerd beeld op. De top 5 productcategorieën die door de 120 respondenten (>50% uit de industrie) als meest beloftevol worden beschouwd waren biogebaseerde basis(platform)chemicaliën (korte (C1-C4) en lange (C5-) keten), tweede generatie suikers, enzymen, farmaceutische intermediairen en biopolymeren. Wat in overeenstemming is met de evoluties die we vandaag zien in Europa en daarbuiten. Als we kijken naar de industriële initiatieven die vandaag worden genomen dan lijkt de industrie voornamelijk in te zetten op bulk (zowel “dropins” als platformchemicaliën), ondanks de grondstofprijsproblematiek. De investeringen om deze producten effectief te produceren gebeuren echter in hoofdzaak in die landen waar de condities gunstiger zijn (bv de eerste fabriek van een Europese chemiereus voor de productie van bio-ethanol op basis van lignocellulose is gebouwd in de VS).

50


Gezien de voorsprong die belangrijke wereldspelers zoals DSM, BASF en DUPONT in dit domein genomen hebben met demo en productie-installaties voor bioethanol (2de generatie) barnsteenzuur (1° generatie suikers), 1,3 propaandiol, bio-isopreen etc, zal het voor Vlaanderen echter moeilijk zijn in de markt van de bulkchemicaliën door te dringen en een rol van belang te spelen, tenzij we een gericht grondstoffenbeleid uitbouwen met aandacht voor de logistieke troeven van Vlaanderen en met inzet van onze agronomische en wetenschappelijke expertise zodat we er bijvoorbeeld in slagen biologische nevenstromen te valoriseren en de hier zeer gunstige teeltvoorwaarden voor suikerbieten te benutten. Randvoorwaarden die voor alle duidelijkheid ook cruciaal zijn voor de uitbouw van de sector van de fijnchemicaliën.

8.2.4 Waardering Bulk “drop-ins” en Grondstoffen platformchemicaliën


Rol IB in proces

Toepassing en markt



3→➞ 5

5

3→➞ 5

1→➞ 3

Analyse

- Verdere maturatie van de technologie, zowel voor fermentatie als biokatalyse

- Cruciale rol: fermentatie is de technologie bij uitstek voor de conversie van suikers in allerlei chemicaliën

- Reeds bestaande grootschalige productie van bulkchemicaliën

- Concurrentie met het gebruik van suiker in de voeding (resulteert in hoge suikerprijzen)


Rol IB in proces



1→➞ 3

5

1→➞ 3

Analyse

- Vele innovaties - Centrale rol voor nog in onderzoeks- fermentatie in de fase ontwikkeling van vele fijnchemicaliën - Het vinden van moleculen met nieuwe functionaliteiten vergt veel onderzoeksinspanningen

- Voldoende eerste generatie suiker beschikbaar doch gebruik staat onder druk (“food vs fuel” en einde quota systeem in zicht)

- Ontwikkeling van nieuwe processen en nieuwe - Toename beschik- chemicaliën door baarheid 2de gene- vooruitgang in ratie suikers naar ondersteunende toekomst toe technologieën zoals “metabolic engi- Zie ook hoger neering” - Groeiende lijst van bedrijven met processen in pilootof demofase

Fijnchemicaliën

Grondstoffen

- Grote, stabiele beschikbaarheid van 1ste generatie suiker. - De “food vs fuel” discussie speelt minder voor de lage volumes fijnchemicaliën. - De vrijmaking van de suikermarkt zal voldoende industriële suikers produceren - Op termijn overschakeling naar 2de generatie suikers

- de inschatting is dat een aantal nieuwe producten de komende jaren zullen evolueren naar piloot- en demonstratiefase, ook in Vlaanderen.

- Vele nieuwe moleculen in de pijplijn - Concurrentie met (kostenefficiënte) - Zowel “drop-ins” productie van cheals stoffen met micaliën uit fossiele nieuwe structuren grondstoffen en nieuwe eigen- Toenemende schappen concurrentie van - Tot nog toe nieuwe (thermo-) exclusief domein chemische provan multinationals ductieroutes voor wegens kapitaalsin- biogebaseerde tensieve opschaling, chemicaliën productie en IP.

3→➞ 5

- De markt voor innovatieve fijnchemicaliën ontwikkelt zich langzamer dan deze voor “drop-in” bulkchemicaliën

- Concurrentie met fossiele grondstoffen speelt hier minder, zeker wanneer het gaat om chemicaliën met nieuwe functionali- Toepassingen met teiten duidelijke functionele voordelen zullen echter sneller de markt bereiken, zeker wanneer ze nichemarkten adresseren, of markten met hoge toegevoegde waarde zoals cosmetica, specifieke plastics etc - In Vlaanderen vooral toekomst voor dergelijke fijnchemicaliën

51

8.2.5 Conclusie De productie van chemicaliën uit suiker of suikerrijke grondstoffen is één van de belangrijkste toepassingsdomeinen van de Industriële Biotechnologie. Er is reeds grootschalige productie van een aantal bulkchemicaliën zoals ethanol, ethyleen, citroenzuur, aminozuren, antibiotica, melkzuur, 1,3-propaandiol of 1,4-butaandiol, zij het slechts in zeer beperkte mate in Vlaanderen. Door nieuwe ontwikkelingen in de Industriële Biotechnologie (nieuwe moleculen, hogere opbrengsten,…) zal het aantal toepassingen nog sterk stijgen. Ondanks de mogelijkheden die nieuwe technologische ontwikkelingen bieden, zal de productie van biogebaseerde bulkchemicaliën onder druk blijven staan, enerzijds door prijsconcurrentie met de fossiel-gebaseerde alternatieven, anderzijds door de problematiek rond toegang tot grondstoffen (die in concurrentie staan met voedingstoepassingen en door invoerbeperkingen van suiker aan wereldmarktprijs). Aangezien beide beperkende factoren minder spelen voor fijnchemicaliën, is er daar voor de nabije toekomst een mogelijke opportuniteit. Deze opportuniteit zal echter ook benut worden in de landen buiten de EU waar productiekosten lager liggen. De “freedom to operate” op vlak van intellectuele eigendom voor fijnchemicaliën is groter dan deze voor bulk- en platformchemicaliën, waar de markt vandaag reeds beheerst worden door grote industriële spelers zoals DSM, BASF, DUPONT en andere. Daartegenover staat dat vele innovaties nog in onderzoeksfase zijn en het vinden van moleculen met nieuwe functionaliteiten veel onderzoeksinspanningen vergen, maar ook dat toepassingen met duidelijke functionele voordelen sneller de markt bereiken, zeker wanneer ze nichemarkten adresseren, of markten met hoge toegevoegde waarde zoals cosmetica, specifieke plastics etc. De hogere toegevoegde waarde van deze stoffen moet op termijn een eventueel hogere grondstofprijs gepaard met de inzet van lignocellulosestromen kunnen absorberen. Om naast de technologie-ontwikkeling ook de in-

52


dustriële uitrol in onze regio te realiseren is het belangrijk dat deze industrie zijn grondstoffen aan internationale marktcondities kan verkrijgen. Het is daarom cruciaal dat Vlaanderen en België een gericht grondstoffenbeleid uitbouwen met aandacht voor de logistieke troeven van Vlaanderen en met inzet van onze agronomische en wetenschappelijke expertise zodat we er bijvoorbeeld in slagen biologische nevenstromen te valoriseren en de hier zeer gunstige teeltvoorwaarden voor suikerbieten te benutten. Experten wijzen er op dat een slimme koppeling van investeringen in eerste en tweede generatie biotechnologie noodzakelijk is om te vermijden dat de sinds jaren opgebouwde expertise in Industriële Biotechnologie verdwijnt uit Europa.

8.3 Materialen en chemicaliën uit ligninerijke grondstoffen Lignine is het meest voorkomende organisch materiaal op aarde na cellulose. Het is een complex polymeer met een driedimensionale verknoopte structuur opgebouwd uit drie types aromatische verbindingen. Het kan tot 30% van het gewicht uitmaken van lignocelluloserijke biomassa, waarvan hout de meest voorkomende is (zie ook 8.2). Daarnaast is lignocellulose ook aanwezig in de meeste andere planten, en vormt het een belangrijk onderdeel van stengels van landbouwgewassen zoals stro. Tijdens het productieproces van papier worden de lignine en de cellulose in het hout van elkaar gescheiden via verschillende “verpulpings”-procedures, waardoor er een groot potentieel is aan ligninerijke nevenstromen vanuit de papierindustrie. De twee belangrijkste “verpulpings”-procedures zijn enerzijds de (thermo-)mechanische procedures waarbij lignine en cellulose niet gescheiden worden en dus allebei onderdeel uitmaken van de pulp, en anderzijds de chemisch-mechanische procedures (bv. Kraft en sulfiet) die het lignine scheiden van de cellulosefractie. Ligninerijke grondstoffen kunnen via een aantal processtappen worden omgezet in materialen, bijvoorbeeld composieten en polymeren, en chemicaliën, bijvoorbeeld bioaromaten.

8.3 Lignine Figuur 10

Grondstof Hout Lignine-‐rijke nevenstroom uit papierproduc0e Lignocellulose-‐rijke nevenstromen zoals stro

Verzameling / Stabilisa0e Oogst Verzameling Stabilisa0e Transport



Ontschorsing en versplintering + aangepaste verpulping of andere voorbehandeling Opzuivering Organosolv

Deriva0sa0e Func0onalisa0e Conversie via chemische katalyse Conversie via enzyma0sche katalyse

Downstream processing Extrusie Blending Opzuivering Formula0e

Product Harsen Composieten en polymeren Koolstofvezels Bio-‐aromaten

Figuur 10: Schematische voorstelling van de waardeketen van materialen en chemicaliën uit ligninerijke grondstoffen

8.3.1 Grondstoffen De totale wereldwijde houtproductie was 4 miljard m3 in 201219 . Daarvan werd 174 miljoen ton papierpulp geproduceerd, wat betekent dat het theoretische potentieel aan lignine in dezelfde grootte-orde ligt. De productie van alle belangrijke houtproducten, waaronder pulp, ging achteruit in 2009 en herstelde zich langzaam in de periode 2010-2012. In Europa echter daalden zowel productie als consumptie verder. De Europese productie van houtpulp in 2013 was nog 37 miljoen ton20. Naast pulp, papier en houtgebaseerde panelen, is er de laatste jaren een belangrijke nieuwe markt ontstaan voor hout, namelijk de houtpellets gebruikt voor bioenergieproductie. In 2012 werden er wereldwijd 19 miljoen ton geproduceerd, waarvan 66% in Noord-Amerika en 31% in Europa. Van deze houtpellets wordt 80% geconsumeerd in Europa, omwille van de doelstellingen voor hernieuwbare energie. De papierindustrie in België en Vlaanderen is eerder beperkt. In het totaal in België zijn er een tiental papier- en kartonproducenten waarvan drie in Vlaanderen. Zij voeren niet allemaal het volledige productieproces vanaf hout uit, maar vertrekken vaak vanaf papierpulp en/of gerecycleerd papier. De enige verpulper van hout in Vlaanderen is de fabriek van Sappi in Lanaken. De totaal geproduceerde hoeveelheid houtpulp in België was 0,5 miljoen ton in 201321.

Naast hout kunnen ook andere lignocellulose-rijke biomassa’s gebruikt worden als grondstof voor lignine. Vooral het potentieel bij nevenstromen van de landbouwproductie, zoals stro van tarwe of maïs, of van infrastructuuronderhoud, zoals bermmaaisel, is groot. De in Europa beschikbare hoeveelheid celluloserijke nevenstromen wordt geschat op 1,2 miljard ton22. De hoeveelheid stro van korrelmaïs en tarwe samen bedraagt ongeveer 900 kton in Vlaanderen23. Hoewel het potentieel aan lignine uit de papierproductie wereldwijd rond de 50 miljoen ton ligt, wordt er daar momenteel slechts 2% commercieel van gebruikt voor materialen of chemicaliën. Het gaat om zo’n 1.000.000 ton/jaar lignosulfonaten afkomstig van de op sulfiet gebaseerde pulpproductie, en minder dan 100.000 ton/jaar lignine, geproduceerd via het Kraft proces24. Dit proces is de meest gebruikte “verpulpings”-procedure (80% van alle chemische pulpproductie in de VS), dit vanwege zijn sterke integratie en recuperatie van chemicaliën, warmte en stoom waardoor het zeer efficiënt is, maar weinig lignine als nevenstroom produceert omdat deze verbrand wordt voor energetische recuperatie. Aangezien er door deze verbranding in vele gevallen meer energie wordt geproduceerd dan nodig voor het proces, zou er in principe meer Kraft lignine beschikbaar kunnen zijn.

Cijfers fao, via: www.fao.org Cijfers cepi, via: www.cepi.org 21 Cijfers Copelpa, via:www.cobelpa.be 22 Bioproducts: diversifying farmers’ income; How a bioproduct industry will affect the EU27 agricultural sector. 11 April 2011. Bloomberg New Energy Finance. 23 Overzicht van de organisch-biologische nevenstromen in Vlaanderen, VIS-VISIONS project, 2013. 24 Gosselink et al. Characterisation and application of NovaFiber lignin. Industrial Crops and Products 20, 2004, 191-203. 19

20

53

De meeste lignocelluloserijke nevenstromen uit landen tuinbouw zijn momenteel niet beschikbaar omdat zij niet worden ingezameld met het oog op toepassing als grondstof voor een biogebaseerde economie. Er is daarom een nood aan het uitdenken en implementeren van de logistieke aspecten van lignocellulose-gebaseerde waardeketens. Dit houdt zowel verzameling, transport, stabilisatie als voorbehandeling van de biomassa in. 8.3.2 Technologie en proces Ligninerijke grondstoffen kunnen gebruikt worden in een hele reeks processen, die elk hun eigen toepassingsgebied hebben. Een belangrijke toepassing, zowel in de papierindustrie als in de bioethanol-productie, is verbranding voor warmte en elektriciteit. Daarnaast kunnen ligninerijke stromen als grondstof dienen voor gasificatie tot syngas en voor pyrolyse. Syngas is een hoogwaardige grondstof voor synthese van chemicaliën (zie 8.4), terwijl pyrolyse-olie een veelzijdige grondstof is voor tal van producten waaronder biodiesel en chemicaliën. Naast verbranding, gasificatie en pyrolyse is het echter ook mogelijk de functionaliteiten aanwezig in ligninerijke stromen meer rechtstreeks te gaan benutten voor materialen of chemicaliën. Het potentieel hiervoor is wel sterk afhankelijk van de gebruikte voorbehandeling. Lignine onder de vorm van lignosulfonaten of Kraft lignine bevat veel onzuiverheden, weinig functionele groepen en een onregelmatig monomeerpatroon. Hierdoor is de bruikbaarheid voor chemische omzettingen en voor polymeertoepassingen laag. Lignine afkomstig uit een Organosolv extractieproces, dat bijvoorbeeld kan toegepast worden op stro of bermmaaisel voor de productie van tweede generatie bioethanol, is zuiverder en heeft een meer regelmatige structuur, waarbij functionele groepen en monomeerpatroon behouden blijven. Momenteel is de enige producent van Organosolv-lignine Lignol in Canada. Zeer recent wordt er ook onderzoek gedaan naar het gebruik van enzymen voor de depolymerisatie van lignine. In Vlaanderen is er

54


een belangrijke wetenschappelijke groep verbonden aan het VIB die onderzoek verricht naar het ontwerpen van planten met gewijzigde ligninesamenstelling voor toepassingen in de chemische industrie en de productie van tweede generatie biobrandstoffen. 8.3.3 Toepassing en markt Het gebruik van lignine als grondstof voor chemische productie is tot nu toe eerder beperkt gebleven wegens contaminatie met zouten, koolhydraten, vluchtige stoffen en deeltjes, en wegens de spreiding in ketenlengte van de lignosulfonaten. Zij worden wel gebruikt in een brede waaier van eerder laagwaardige toepassingen als bindmiddel (bv. in karton), dispergeermiddel of lijm. De meer hoogwaardige toepassingen hebben een potentieel op middellange of lange termijn en zullen afhankelijk zijn van de kwaliteit en functionaliteit van de beschikbare ligninestromen. Een uitzondering is de industriële productie van vanilline die vandaag de dag reeds bestaat. Potentiële hoogwaardige materiaaltoepassingen met zuivere ligninestromen zijn harsen, composieten en polymeren en koolstofvezels. Lignine kan gebruikt worden als vervanger van fenol in fenolformaldehyde harsen (FF), als vervanger van fossiel-gebaseerde polyolen in polyurethaan mengsels, als toevoeging in epoxyharsen en polyolefine mengsels (via “polymeer blending”) of als grondstof voor koolstofvezels. Naast het gebruik van lignine als dusdanig, wordt veel onderzoek gedaan naar het depolymeriseren van lignine met vrijstelling van zijn aromatische bouwstenen. Aromaten zijn naast de lichte olefinen zoals etheen de belangrijkste groep van basischemicaliën in de chemie. Zij zijn grotendeels vertegenwoordigd door benzeen, tolueen, ethylbenzeen en xyleen (BTEX) en hebben toepassingen als brandstoftoevoeging, bouwstenen voor polymeren, polymeeradditieven, geur- en smaakstoffen, agrochemicaliën en bouwstenen voor farmaceutische producten. De grotendeels fossiel-gebaseerde markt van de aromaten groeit wereldwijd met 5-10%. Door het toenemend ge-

bruik van (schalie)gas zal de beschikbaarheid van aromaten waarschijnlijk afnemen (schaliegas leent zich vooral tot C1- en C2-chemie), wat een opportuniteit is voor de ontwikkeling van biogebaseerde aromaten. Als “drop-in” chemicaliën zullen zij dan moeten concurreren op basis van prijs met hun fossiel-gebaseerde alternatieven.

Onderzoek naar bioaromaten is niet enkel gericht op de vervanging van BTEX, maar zeker ook op het potentieel dat bioaromaten bieden in de zoektocht naar nieuwe functionaliteiten. Naast lignine kunnen ook suikers en oliën en vetten gebruikt worden als grondstof voor bioaromaten.

8.3.4 Waardering Ligninerijke grond- Grondstoffen stoffen voor hoogwaardige materialen en chemicaliën


Rol IB in proces

Toepassing en markt



1→➞ 3

3

1→➞ 5

1→➞ 3

Analyse

- Grote, stabiele beschikbaarheid

- Voorbehandeling en conversie nog niet op elkaar - In de toekomst afgestemd; teveel mogelijk nieuwe lo- onzuiverheden en gistiek voor import afbraak en collectie - In de toekomst - Momenteel nog meer aandacht voor onvoldoende bioraffinage bruikbare stromen beschikbaar

- Beperkt hoofdza- - Nog geen hoogkelijk tot de voorbe- waardige toepashandeling singen

- Momenteel nog belangrijke concurrentie met fossiel

- Nieuwe biopulpproductie processen worden ontwikkeld voor de enzymatische afbraak van lignine

- Concurrentie met fossiel zal dalen, beschikbaarheid lignine en lignocellulose zal stijgen

- Groot potentieel voor verschillende eindmarkten met uiteenlopende volumes en waardes

- Nieuwe gewassen met gewijzigde ligninesamenstelling worden ontwikkeld in Vlaanderen via biotechnologie

8.3.5 Conclusie Hoewel er in principe een enorme hoeveelheid ligninerijke grondstoffen beschikbaar is voor de productie van hoogwaardige materialen en chemicaliën, en hoewel het potentieel aan toepassingen groot en divers is, is deze waardeketen momenteel nog grotendeels onbestaande. De belangrijkste hinderpaal daarbij is de kwaliteit en onzuiverheid van de ligninestromen die worden geproduceerd als nevenproduct van de huidige papier- en bioethanol-industrie. Door inspanningen op het vlak van bioraffinage van hout, voorbehandeling van nevenstromen en conversieprocessen, is dit een veelbelovende waardeketen voor de toekomst. De rol van Industriële Biotechnologie in deze keten is beperkt tot de enzymatische voorbehandeling.

55

8.4 Conversie van (afval)gas in chemicaliën Koolstofdioxide (CO2) en methaan zijn bekende broeikasgassen, maar zijn minder bekend als een koolstofbron voor Industriële Biotechnologie. CO2 wordt voornamelijk geproduceerd door de verbranding van organische materialen (fossiel of biogeen, door industrie, huishoudens, transport), door fermentatieprocessen en door de ademhaling. Methaan is een organisch molecule en is het voornaamste bestanddeel van aardgas. Aardgas wordt in de natuur aangetroffen in samenhang met aardolie en andere fossiele brandstoffen en heeft een vergelijkbare geologische oorsprong, ontstaan uit vergane resten organisch materiaal. Naast zijn fossiele oorsprong wordt het ook geproduceerd door vergis8.4 van Gas organische Figuur nevenstromen 11 ting en komt het in de atmosfeer terecht vanuit de bacteriële omzettinGrondstof Koolstofdioxide (CO2), Koolstofmonoxide (CO) en methaan (CH4) uit •  Biogas •  Syngas •  Industriële (verbrandings)processen

Verzameling / Stabilisa0e


Sterk a\ankelijk van de bron : zuiver CO2 of syngas kan rechtstreeks omgezet worden. Vervuilde stromen dienen eerst (gedeeltelijk) gezuiverd te worden.

8.4.1 Grondstoffen De grootste bruikbare bronnen van CO2 zijn de uitlaatgassen van industriële (verbrandings)processen. Het lage CO2-gehalte in deze afgassen (typisch <10%) is echter onvoldoende voor fermentatieprocessen waar de optimale omstandigheden typisch concentraties van >80% vereisen. Meer en meer onderzoekslijnen focussen zich daarom op afgassen die hogere percentages CO2 bevatten, bv. van cementovens, energiecentrales, hoogovens van de staalindustrie of uit andere industriële activiteiten. Een andere bron van CO2 is biogas (product van de vergisting; is een mengsel van methaan met tot 50% CO2). Dit biogas kan verder opgewerkt worden tot een kwaliteit die bruikbaar is voor injectie op het aardgasnet. Deze opwerking kan bovendien via Industriële Biotechnologie worden gerealiseerd, door micro-organismen in te zetten die CO2 omzetOmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen Fermenta0eve omzeKng via gasfermenterende micro-‐organismen Kataly0sche conversie (vb. Fischer-‐Tropsch)

Downstream processing Scheiding Dis0lla0e

Product Acetaat Methanol Ethanol 2-‐3-‐butaandiol

Figuur 11: Schematische voorstelling van de waardeketen van conversie van (afval)gas in chemicaliën

gen in de voormagen van runderen bij het verteren van voedsel. Gasconversietechnologieën (CO2, methaan, koolstofmonoxide (CO)) voor chemicaliën zijn in een stroomversnelling gekomen in de afgelopen jaren, voornamelijk gedreven vanuit de overvloedige beschikbaarheid van koolstofdioxide die in landen met industriële activiteit in min of meer geconcentreerde vorm aanwezig is, en de opportuniteit die dergelijke technologieën in zich dragen voor de ontwikkeling van een koolstofarme economie. In onderstaande overzicht beperken we ons tot de belangrijkste gasvormige koolstofbronnen waarrond vandaag technologieën worden ontwikkeld, zijnde koolstofdioxide, koolstofmonoxide en methaan.

56


ten in methaan en daardoor de methaanconcentratie in het gas verhogen. Een laatste voorbeeld van uitlaatgassen zijn deze uit ethanol fermentaties die haast uitsluitend zuivere CO2 (naast water) bevatten. Een aantal thermochemische processen zoals pyrolyse en gasificatie of vergassing produceren een gas met als hoofdcomponenten koolstofmonoxide, waterstofgas en koolstofdioxide. Het verschil tussen de twee technologieën ligt in het percentage zuurstof dat tijdens het proces wordt toegevoegd en de temperatuur waarbij gewerkt wordt. Pyrolyse is een thermochemisch proces in afwezigheid van zuurstof bij temperaturen van door de band lager dan 700°C, terwijl gasificatie plaatsvindt in aanwezig-

heid van een beperkte hoeveelheid zuurstof en/ of stoom bij temperaturen boven de 700°C. Het aldus geproduceerde synthese gas of syngas genoemd kan, na opzuivering, gebruikt worden om allerlei chemicaliën en biobrandstoffen te maken via klassiek gekende commerciële katalytische processen zoals Fischer-Tropsch of, dankzij de ontwikkelingen van het laatste decennium, via industriële biotechnologische processen. Syngas is niet te verwarren met “fuel gas” of “producer gas” wat het resultaat is van verhitting van “koolstof” in aanwezigheid van voldoende hoeveelheid lucht. Het is onbekend of biotechnologische processen met dit laag calorisch gas dat bovendien rijk is aan stikstofgas overweg kunnen. De productie van syngas op basis van kolen is matuur met een aantal technologieën van verschillende industriële spelers zoals Siemens, Shell SCGP, GE Energy enz. Het merendeel van deze vergassers kunnen worden ontworpen om biomassa of een combinatie van biomassa en kolen te behandelen, maar elk heeft zijn voor- en nadelen verbonden aan de specifieke biomassavoeding en het gewenste product of producten. Er zijn een eerder beperkt aantal industriële installaties operationeel of uitgetest op bepaalde biomassabronnen, maar er kan nog niet worden gesproken van een mature technologie. De Europese regio heeft een syngas capaciteit van 11.422 MW, (=16% van de wereld vergassingscapaciteit) Met 42 operationele vergassingsinstallaties is de Europese regio het meest divers in termen van grondstoffen, technologieën en producten. Vijfentwintig vergassingsfaciliteiten produceren chemicaliën waarvan negen op basis van aardgas en 15 op basis van aardolie. Negen installaties gebruiken biomassa of afval als grondstof, vier voor de productie van energie en vijf voor de productie van chemicaliën op basis van chemisch katalytische processen. Wat biotechnologische processen betreft, moeten de innovatieve ontwikkelingen van de laatste jaren nog leiden tot industriële implementatie. De meeste projecten bevinden zich momenteel in een demonstratie- of commerciële lanceerfase, zoals

25

http://www.ineos.com/businesses/ineos-bio/news/ineos-bio-produces-cellulosic-ethanol

bijvoorbeeld de installatie van Ineos Bio in Vero Beach die de komende jaren ethanol zal produceren uit vergaste biomassa25. Methaan is een fossiele brandstof en de voornaamste component van aardgas. Syngas kan tot 15% methaan bevatten, maar de zuiverste vormen van methaan worden vandaag verkregen door vergisting van voornamelijk industrieel organisch afval of landbouwgerelateerde stromen, afvalwaterzuivering en rioolwaterzuivering. Methaan is ook de hoofdcomponent van stortgas. Biogas kan, afhankelijk van het proces en de gebruikte biomassa, tot 65% methaan bevatten, naast voornamelijk CO2, en een aantal andere gassen zoals stikstof, waterstofsulfide, waterstof enz. (in totaal <1%). Vlaanderen telt 40 operationele vergisters die gemiddeld 50.000 ton biomassa verwerken wat resulteert in ongeveer 75% van de biogasproductie in Vlaanderen. Alle biogas die vandaag wordt geproduceerd wordt omgezet in elektrische energie, al dan niet met een bijkomende benutting van de geproduceerde warmte. In tegenstelling tot de ons omliggende regio’s wordt het biogas vandaag in Vlaanderen nog niet opgewerkt tot een kwaliteit die voldoende is voor injectie in het aardgasnet (biomethaan: verwijdering van zwavel en CO2) of om te gebruiken als transportbrandstof of voor andere doeleinden zoals fermentatie. 8.4.2 Technologie en proces Het gebruik van micro-organismen voor de fermentatieve omzetting van industriële gassen tot producten is de laatste jaren in een stroomversnelling gekomen. Daar is ook een aanwijsbare reden voor. De ontwikkelingen in de recombinante DNA-technologie (i.e. moleculaire biotechnologie) hebben er toe geleid dat gasfermenterende micro-organismen nu meer dan vroeger in detail kunnen worden onderzocht, aangepast en geoptimaliseerd. Concreet vallen er vier klassen van micro-organismen te onderscheiden die aangewend kunnen worden om CO2/CO/methaan om te zetten in

57

(hernieuwbare) chemicaliën: • Acetogene bacteriën: dit zijn bacteriën, typisch behorende tot de Clostridium familie die CO2/H2 of CO/H2 mengsels kunnen omzetten in acetaat, ethanol en 2,3-butaandiol. De energiebron in deze fermentatie is H2. • Methanogene bacteriën: dit zijn bacteriën die CO2/H2 mengsels kunnen omzetten tot methaan (CH4). Ook in deze fermentaties is H2 de energiebron. • Algen: snelgroeiende, aquatische, fotosynthetische micro-organismen (zetten zonlicht en CO2 om in biomassa rijk aan interessante chemicaliën) • Genetisch gewijzigde klassieke micro-organismen waarbij de relevante genetische informatie uit bovenstaande acetogene en methanogene bacteriën worden ingebracht in de meer klassieke industriële productie-organismen zoals E. coli en Saccharomyces cerevisiae (bakkersgist). Sinds een tiental jaar focussen verschillende bedrijven zich op het gebruik van acetogene micro-organismen voor de omzetting van syngas en hoogovengas/cokesgas in chemicaliën. Naast een paar kleinere initiatieven zijn Ineos Bio, Coskata en Lanzatech de drie grote spelers. Alledrie hebben ze piloot- en demonstratieprojecten en er wordt verwacht dat de eerste commerciële fabrieken in de volgende jaren zullen gebouwd worden. Een aantal industriële piloot- en demonstratieprojecten in Europa zetten in op de omzetting door methanogene bacterien van het in biogas nog aanwezige CO2 tot methaan, dankzij de toevoeging van extern waterstof. Het aldus opgewaardeerde biogas moet dan voldoende in kwaliteit zijn om in het aardgasnetwerk te injecteren of om in de transportsector te gebruiken. Algen kunnen zowel ééncellige als meercellige eukaryoten zijn en relatief gecompliceerde vormen aannemen zoals sommige zeewieren. Wereldwijd worden verschillende soorten al-

58


gen gekweekt, meestal voor de aquacultuur, de levensmiddelenindustrie of voor verwerking in cosmetica. Micro-algen zijn ééncellige, aquatische, fotosynthetische micro-organismen. Hun biomassa bestaat bijna volledig uit vlot verwerkbare fracties en ze maken in vele gevallen unieke, waardevolle componenten aan. Micro-algen zijn bovendien in staat om koolstofdioxide en andere nutriënten uit afvalstromen op te nemen. Zoals planten zetten zij CO2 om in biomassa maar doen dat met een hoge productiviteit vergeleken met landplanten en kunnen afhankelijk van de soort gestimuleerd worden tot de productie van hoogwaardige componenten zoals omega 3-vetzuren, pigmenten, antioxidanten en proteïnen. Bepaalde van deze algensoorten produceren oliën die vervolgens kunnen worden omgezet tot biodiesel. Micro-algen werden enkele jaren geleden gehypet als hèt duurzame alternatief voor de productie van biodiesel. Echter, de productiekost van de algen-biomassa is voorlopig nog te hoog om economisch rendabel te zijn in deze markt. Vanuit kostprijsperspectief zet men daarom meer en meer in op het gebruik van micro-algen voor de productie van fijnchemicaliën en op volledige bioraffinage van de algen-biomassa. Een aantal bedrijven gebruiken moderne biotechnologie voor de ontwikkeling van algen met specifieke eigenschappen zoals de synthese van bepaalde alcoholen die in het groeimedium worden afgescheiden, of bepaalde oliën met heel specifieke eigenschappen op maat voor bepaalde toepassingen zoals detergenten of cosmetica. Het gebruik van genetisch gewijzigde klassieke micro-organismen staat het verst van concrete industriële applicatie, maar heeft wel veel potentieel. Het laat toe om het beste van twee werelden te combineren, namelijk snelle groei (klassieke micro-organismen) met de mogelijkheid om CO2 als grondstof te gebruiken (acetogenen, methanogenen). Verschillende onderzoeksgroepen van universiteiten, start-ups en grotere bedrijven zijn hiermee bezig, maar nog niet op pilootof demonstratieschaal. Zoals hierboven aangehaald wordt methaan voor-

namelijk benut als energiedrager (elektriciteitsproductie, warmte, brandstof). Het kan uiteraard ook perfect worden gebruikt in allerlei chemische processen. Het gebruik van methaan als grondstof voor fermentatie is eerder beperkt alhoewel een aantal bedrijven hier exploratieve stappen aan het zetten zijn met het oog op de productie van lipiden, melkzuur etc. Nieuwere ontwikkelingen die CO2 als grondstof gebruiken voor de productie van chemicaliën zijn artificiële fotosynthese en bio- elektrische systemen die zich momenteel vooral nog in labofase bevinden. 8.4.3 Toepassing en markt Methaan, cokesgas en syngas worden vandaag voornamelijk gebruikt als grondstof in chemisch katalytische processen en in verbrandingsprocessen voor de opwekking van elektrische en/ of thermische energie. CO2 wordt vandaag aangewend bij de productie van koolzuurhoudende dranken, als koelvloeistof voor ijskasten, of als inert gas bij de verpakkingsindustrie. Belangrijke chemische toepassingen liggen in de productie van methanol en urea. CO2-rijke afvalgassen worden na compressie gebruikt als drijfgas/vloeistof in de oliewinningsindustrie. Het gebruik van deze gassen als grondstof voor fermentatieprocessen zit voornamelijk in het begin van de ontwikkelingsfase, met uitzondering van een aantal concrete industriële piloot- en demonstratieprojecten voor specifieke toepassingen. De benodigde technologie is in sommige specifieke gevallen voldoende voorhanden (bv. productie van ethanol en 2,3- butaandiol uit hoogovengas/cokesgas via acetogenen of de verdere upgrading van biogas door middel van methanogenen) maar bijkomende piloot- en demonstratieprojecten moeten de techno-economische cijfers bevestigen om investeringen op industriële schaal toe te laten. De belangrijkste parameters die de levensvatbaarheid van dergelijke installaties bepalen zijn: beschikbaarheid van een goedkoop afvalgas dat hoge concentraties

aan CO2/CO en H2 bevat en lage energieprijzen. Voor andere toepassingen liggen de belangrijke knelpunten over de volledige technologische waardeketen gaande van de beschikbaarheid (en kostprijs) van deze gassen in voldoende zuiverheid en concentratie, de beschikbaarheid van micro-organismen met de juiste eigenschappen, reactordesign, het “oogsten” van de micro-organismen en de opzuivering van de geproduceerde stoffen. Het belangrijkste knelpunt bij de toepassing van CO2 uit nevenstromen van verbrandingsprocessen heeft te maken met enerzijds de lage concentratie van de CO2 in deze afgassen wat een kostelijke opconcentratie noodzakelijk maakt, de aanwezigheid van potentieel toxische onzuiverheden voor micro-organismen, en de logistiek van geconcentreerde gassen die kostelijk is wanneer geen geschikte pijpleidingen voorhanden zijn. Daar waar de eerste twee aspecten minder spelen voor CO2 afkomstig van fermentatieprocessen zoals hierboven geschetst, is dit niet het geval voor de derde eerder logistieke factor die evenzeer geldt voor deze technologieën. Een bijkomende factor is het feit dat CO2 fermentatie door niet-fotosynthetische organismen nood heeft aan een bijkomende energiebron. De meeste huidige processen maken hiervoor gebruik van waterstof, wat de grondstofprijs van deze technologieën aanzienlijk verhoogt. Anderzijds biedt dit opties om overschotten van elektrische energie via waterstof te capteren in organische moleculen of om afvalgassen die hoge concentraties aan H2 bevatten en nu voornamelijk verbrand worden, aan te wenden als bron. Syngas uit pyrolyse en gasificatie zou hier soelaas kunnen bieden, gezien het een mengsel is van CO, CO2 en H2. Echter is de toepasbaarheid van deze thermochemische processen voor biomassa onderhevig aan een aantal technologische uitdagingen gerelateerd aan het hoge watergehalte van de meeste biomassabronnen, wat een specifieke bijkomende voorbehandeling en hoge energievereisten met zich meebrengt, de varia-

59

biliteit in samenstelling en de aanwezigheid van mineralen, wat de levensduur van de installaties kan beperken. Aangezien algen gevoed moeten worden met CO2 voor hun groei, en hiervoor als energiebron enkel zonlicht nodig hebben, zijn zij potentieel krachtige verwerkers van (afval)-gas. Zij kunnen zowel de CO2 als de NOx uit rookgassen als nutriënt gebruiken. Hiervoor dient het rookgas wel eerst ontzwaveld te worden. Het probleem is echter dat er enorme oppervlaktes land nodig zijn om voldoende algen te kweken om een significante CO2-opname te bekomen. De prijs van de micro-algen technologie is daardoor nog te hoog ten opzichte van de waarde van de uitgespaarde CO2-emissies. In de toekomst kan deze prijs dalen door technologische verbeteringen van een aantal kritische proces stappen zoals oogst en downstream processing.

Eerder generieke hinderpalen hebben te maken met het relatief gebrek aan kennis van de metabole processen die in deze –voor de fermentatieindustrie veelal nieuwe- organismen spelen, en hoe deze kennis kan worden aangewend bij de ontwikkeling van microbiologische stammen met hogere conversie-efficiënties van een breder gamma aan producten die ook geschikt zijn voor toepassing in industriële processen. Daarnaast staat de fermentatieve procesontwikkeling, inclusief het reactordesign voor gassen nog in zijn kinderschoenen. Tenslotte ligt een van de belangrijkste beperkingen in het feit dat in het huidige wetgevende kader producten op basis van afvalgassen niet mogen worden toegepast in de voeding, één van de markten die de hoogste toegevoegde waarde genereert. Ook het feit dat afvalgassen afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen niet als biogebaseerd beschouwd kunnen worden, vormt een mogelijke belemmering.

8.4.3 Waardering Conversie van (afval)gas in chemicaliën

Grondstoffen

Scoring (zie p. 39) 3→➞ 5 Analyse

Rol IB in proces

Toepassing en markt


1→➞ 3

3→➞ 5

3→➞ 5

1→➞ 3

- Grondstoffen - Syngas fermentavoldoende beschik- tie nog in kinderbaar schoenen - Uitbouw logistiek nog nodig - Bijkomende opzuivering nodig om het geschikt te maken als grondstof voor fermentatie/ katalyse

60


- Momenteel heeft - Bestaande prokatalytische conver- ducten, bestaande sie de bovenhand markt

- Sterke toename in -Fermentatieve onderzoek hierrond omzetting (= IB) zal aan belang winnen gezien de R&D-inspanningen die momenteel gebeuren wereldwijd


- Groot potentieel voor nieuwe markt gezien het duurzame karakter van de grondstof

Concurrentie met (fossiel) aardgas, dat goedkoper en zuiverder is - Concurrentie zal dalen, zeker wanneer er een incentive komt voor “carbon capture”

8.4.4 Conclusie De fermentatieve omzetting van (afval)gas naar chemicaliën heeft een groot toekomstig potentieel. De grondstoffen zijn in grote mate aanwezig, en er wordt ingezet op het beschikbaar maken van deze grondstoffen door het uitbouwen van de logistiek en de ontwikkeling van de noodzakelijke opzuiveringsstappen. Dit zijn noodzakelijke maar kostelijke investeringen die de uitrol in de toekomst onder druk zetten. De conversietechnologie zelf staat daarenboven nog in zijn kinder-

schoenen. Desalniettemin liggen er naar toepassingen en marktpotentieel toe heel wat kansen, maar dan eerder op de middellange tot lange termijn. Aangezien de driver hier eerder het verwerken van een problematische afvalstroom is dan de productie van biogebaseerde producten, is er wel minder concurrentie met andere waardeketens. De milieuproblematiek rond CO2- uitstoot en de hiermee gerelateerde Europese 2020 doelstellingen rond de reductie van broeikasgasemissies kan een belangrijke push aan deze technologie geven.

8.5 Oliën en veNen Figuur 12

8.5 Waardeketen op basis van vetten en oliën Grondstof Olierijke grondstoffen uit de landbouw Olie-‐ en vetrijke neven-‐ stromen uit industrie, horeca, huishoudens…

Verzameling / Stabilisa0e Oogst Reiniging Droging Ophaling

Voor-‐ behandeling Persing Filtra0e Ontgomming Bleking Deodorisa0e

OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen Enzyma0sche modifica0e Fermenta0e Chemische modifica0e Extrac0e

Downstream processing Opzuivering Formulering Polymerisa0e

Product Biodiesel Biosurfactanten Oleochemicaliën Voedings-‐ componenten

Figuur 12: Schematische voorstelling van de waardeketen op basis van vetten en oliën

Vetten en oliën worden wereldwijd gebruikt voor zowel toepassingen in de voeding als industrieel gebruik. Ze worden toegepast in boter, margarine, saladedressings en frituurolie, maar ook in veevoeder, zepen, verzorgingsproducten, biodiesel, verven en smeermiddelen. Er zijn twee belangrijke categorieën biogebaseerde vetten en oliën: enerzijds de plantaardige oliën en anderzijds de dierlijke vetten. Voedingstoepassingen vertegenwoordigen ongeveer driekwart van de wereldwijde consumptie van vetten en oliën. De laatste jaren zien we echter een aanhoudende verschuiving naar meer industrieel gebruik, voornamelijk voor biodiesel. Ook andere industriële toepassingen vanuit alternatieve oliehoudende gewassen of micro-organismen zoals algen worden verder bestudeerd en ontwikkeld. Het industrieel gebruik van vetten en oliën in Europa wordt verwacht verder te stijgen26.

26

Fats and Oils Industry Overview, HIS Chemical Economics Handbook. April 2012.

61

8.5.1 Grondstoffen De wereldproductie van vetten en oliën bedroeg 187 miljoen ton in 2013, waarbij palmolie en sojaolie respectievelijk 56 en 42 miljoen ton vertegenwoordigden, samen goed voor 50% van het totaal. De productie van palmolie groeide sneller dan gelijk welke andere olie en stak in 2005 sojaolie voorbij27. De belangrijkste productielanden voor vetten en oliën bevinden zich in Azië: Indonesië is ’s werelds grootste producent van palmolie, verantwoordelijk voor meer dan 44% van de wereld palmolieproductie. Maleisië is de 2de grootste producent van palmolie, en China is de grootste producent van soja- en koolzaadolie. Algemeen vertegenwoordigt Azië meer dan 50% van de wereld olieen vetproductie26. Ook de wereldconsumptie van vetten en oliën is constant gegroeid gedurende de laatste 25 jaar. Tijdens de laatste 5 jaar is de consumptie toegenomen van 163 miljoen ton in 2008 tot 188 miljoen ton in 2013, waardoor deze de productie licht overstijgt en voorraden moeten aangesproken worden. Deze groei was de laatste jaren sterker dan de groei tijdens de jaren ‘90 door de toenemende vraag van de biobrandstofmarkt27. Ook de wereldconsumptie wordt voornamelijk geleid door Azië, dat 44% van het wereldtotaal inneemt. China en India samen nemen 32% van het wereldtotaal in. De meest gebruikte oliën en vetten zijn palm-, soja-, koolzaaden zonnebloemolie en vertegenwoordigen samen 72% van de totale consumptie. Het gebruik kent een zekere regionale specificiteit: sojaolie is de dominante olie die gebruikt wordt in de Verenigde Staten, goed voor 45% van het totale verbruik, en in Centraalen Zuid- Amerika, waar het goed is voor meer dan 63% van de vraag. In Azië wordt voornamelijk palmolie verbruikt, en in Europa koolzaaden zonnebloemolie. Wereldwijd wordt verwacht dat de vet- en olieconsumptie nog verder zal groeien met een gemiddelde jaarlijkse toename van 3,5–4%. In China en India wordt verwacht dat een verder groeiende bevolking en economie zullen resulteren in een toename van de per capita vraag naar vetten en oliën. In de VS, Europa en 27 28

REA Holdings PLC FEDIOL 2012 - Seeds production, imports, exports and crushing Eurostat 62/201

29 -

62


Centraal- en Zuid-Amerika wordt verwacht dat vooral de vraag naar vetten en oliën voor nietvoedingstoepassingen, voornamelijk biodieselproductie, verder zal toenemen26. De wereldwijde productie van biodiesel benadert de 30 miljoen ton, waarvan meer dan 50% in Europa wordt geproduceerd. De productie van oliehoudende zaden in de EU27 was vooral geconcentreerd rond koolzaad (19 miljoen ton) en zonnebloempitten (6.7 miljoen ton)28. Over de periode 2000–2010 was er een gemiddelde jaarlijkse groei van 6,6% voor koolzaad en 2,7% en 2,1% voor zonnebloempitten en olijven respectievelijk29. De Belgische productie van oliehoudende zaden van circa 60-70.000 ton is eerder klein in vergelijking met de invoer van bijna 3,5 miljoen ton sojabonen, koolzaad, lijnzaad, maïskiemen, zonnebloempitten en een uitvoer van 800.000 ton per jaar28. Zeven bedrijven verwerken door middel van persen en extraheren de oliehoudende zaden tot meel en ruwe olie. Op zeven plaatsen wordt geraffineerd, goed voor een gezamenlijke raffinagecapaciteit van 1,3 miljoen ton. Tenslotte is er ook de productie van dierlijk vet. De totale productie van categorie 3 gesmolten vetten in Vlaanderen in 2011 bedroeg 123.000 ton. Categorie 3-vetten zijn laagrisico-vetten, van dieren die voor de slacht goedgekeurd werden voor menselijke consumptie. Ze zijn gegeerd in de oleochemische sector en de veevoedingsindustrie. De prijs van oliën en vetten is afhankelijk van de proceskost en specifieke vereisten voor eindgebruik. In het algemeen zijn de oliën afgeleid van kokosnoot, palmharten, pindanoten en katoenzaad het hoogst geprijsd. Palm-, soja-, koolzaaden zonnebloemolie vallen in de middenprijs categorie. 8.5.2 Technologie en proces Plantaardige en dierlijke vetten en oliën kunnen gebruikt worden als grondstof in de oleochemie

bij de productie van vetzuren, vetalcoholen, vetzure esters, glycerine en andere derivaten. Deze kennen vaak hoogwaardige toepassingen en worden, eventueel na verdere reactie, in de meest uiteenlopende producten gebruikt zoals in het volgende hoofdstuk wordt geschetst. Het overgrote deel van de technologieën die worden aangewend voor de verwerking van vetten behoren tot het domein van de klassieke chemie. Industriële Biotechnologie speelt hierin vooralsnog een kleine rol. Zowel plantaardige als dierlijke vetten en oliën bestaan uit esterverbindingen van glycerine en vetzuren. De basisbewerking in de oleochemie bestaat uit de splitsing van deze esterverbinding. Deze splitsing (hydrolyse) wordt uitgevoerd bij verhoogde temperatuur en druk en levert een stroom glycerine en een stroom vetzuren die achteraf worden opgezuiverd via processen van ionenwisseling, actief koolfiltratie, destillatie, kristallisatie enz. Vervolgens kunnen de vetzuren via een chemische reactie verzeept worden of met diverse alcoholen opnieuw gekoppeld worden tot esters met nieuwe eigenschappen. De productie van biodiesel is een voorbeeld van een dergelijk proces waarbij het alcohol van dienst methanol is. De glycerine-zijstroom wordt gebruikt in technische toepassingen, zoals in de zeepindustrie en de cosmeticasector of in vergistingsinstallaties. Enkel glycerine afkomstig van de hydrolyse van pure plantaardige oliën wordt ook in de voeding gebruikt. Naast deze chemische processen zijn er ook processen die gebruik maken van Industriële Biotechnologie, zoals de fermentatie van oliën tot biodetergenten of de productie van biodiesel met behulp van lipasen (= biokatalyse). Lipasen zijn een categorie van enzymen die vetten (lipiden) kunnen splitsen in hun bestanddelen, glycerine en vetzuren. Daarnaast kunnen lipasen ook een ganse reeks andere reacties katalyseren, zoals esterificatie, transesterificatie, acylering en een ganse reeks enantioselectieve processen, wat hen heel geschikt maakt voor toepassing in organische

30

chemie. De belangrijkste industriële toepassingen van lipasen zijn de synthese van biopolymeren en biodiesel, de productie van enantiomeer-zuivere farmaceutische tussenproducten, agrochemicaliën en aromacomponenten, naast hun toepassing in de voeding, in de leder- en textielindustrie en in schoonmaak- en wasmiddelen. Ondanks het enorme potentieel dat lipasen bieden voor de oleochemie, blijven de toepassingen voorlopig beperkt, voornamelijk wegens de hoge kost van de enzymen. De introductie van een nieuwe generatie goedkope en thermostabiele enzymen kan hier verandering in brengen. 8.5.3 Toepassing en markt Wereldwijd worden oliën en vetten hoofdzakelijk in vier marktsegmenten afgezet: voeding, veevoeding, niet voedings- of technische toepassingen en energie. Plantaardige en dierlijke vetten worden al vele jaren gebruikt om chemicaliën, bouwstoffen en constructiematerialen te produceren die ondertussen onmisbaar zijn voor sectoren verderop in de keten, zoals de verpakkingsmaterialenindustrie, de automobielindustrie en de bouw. In de petrochemie daarentegen vormen plastics de belangrijkste productgroep. Voor plantaardige oliën en vetten is dit de belangrijkste groeimarkt30. In 2009 werden in België in totaal 1.602.270 ton olierijke zaden verwerkt (1.060.500 ton koolzaad, 230.000 ton sojaboon en 311.770 ton andere oliezaden). Bij de verwerking van koolzaad werd 440.700 ton koolzaadolie geproduceerd (2009, netto export van ruwweg 30.700 ton) (6% voor voedingsdoeleinden en 94% voor chemie en energie). Bij de verwerking van sojabonen werd 41.000 ton sojaolie geproduceerd (2009). Rekening houdend met een netto-import van 75.600 ton, gaf dit een effectieve beschikbaarheid van 117.400 ton sojaolie op de Belgische markt (26% voor diervoeding, 41% voor voeding en 33% voor chemie en energie). Tenslotte werd 138.900 ton olie geproduceerd uit overige oliezaden (2009). Hiervan was 134.500 ton beschikbaar voor de Belgische markt en werd

De waarde van plantaardige en dierlijke oliën en vetten voor de biogebaseeerde economie, Productschap Margarine, Vetten en Oliën. Via: www.mvo.nl

63

55% gebruikt voor voeding en 44% ingezet voor toepassingen in chemie en energie31, 32. In het voedingssegment springt vooral de vervaardiging van margarine in het oog. De zes belangrijkste Belgische margarinefabrikanten nemen meer dan 10% van de Europese margarineproductie voor hun rekening. Andere belangrijke industriële afnemers in de voedingstak zijn de producenten van sauzen als mayonaise, de industriële frituren (voorgebakken frieten, chips, snacks..) en verder de producenten van koekjes, chocolade, snoepgoed, melkpoeders, enz. Voor wat betreft veevoeding produceert België jaarlijks circa 6,4 miljoen ton veevoeders waarin circa 120.000 ton oliën en vetten verwerkt worden zoals ruwe sojaolie, ruwe palmolie, dierlijk vet, vetzuren, visolie en een kleiner gedeelte geraffineerde producten. Plantaardige en dierlijke oliën en vetten bieden volop mogelijkheden als grondstof voor biogebaseerde producten, in grote lijnen bepaald door de samenstelling en de ketenlengte van de vetzuren. Kokos- en palmpitolie bevatten middellange ketens (C12, C14) die geschikt zijn voor oppervlakte-actieve stoffen die gebruikt worden in reinigingsmiddelen en cosmetica. Koolzaad-, zonnebloem-, soja-, castor- en palmolie bevatten voornamelijk lange keten vetzuren (C16, C18) die, afhankelijk van het aantal dubbele bindingen, geschikt zijn voor flexibele biopolymeren, verf en smeermiddelen en hydraulische oliën. In het bijzonder castorolie is een erg bruikbare grondstof voor veel toepassingen, omdat het voor meer dan 90% uit ricinolzuur bestaat, een speciaal vetzuur dat zich goed leent voor de productie van bouwstenen voor polyesters en polyamides. Dierlijke vetten die niet geschikt zijn voor menselijke consumptie worden opgedeeld in drie categorieën. Categorie drie vetten zijn in grote lijnen deze vetten die afkomstig zijn van bijproducten van gezonde dieren, verzameld onder minimaal hygiënische omstandigheden en mogen in de diervoeding worden gebruikt. Categorie 1 vet-

ten zijn vetten afkomstig van zieke dieren en dienen in speciale verwerkingsinstallaties te worden behandeld. Categorie 2 vetten zijn in oorsprong afkomstig van gezonde dieren, maar mogen niet meer in de voedingsketen terechtkomen omwille van specifieke redenen zoals bv vervuiling. Categorie 2 en 3 vetten mogen in de oleochemie worden gebruikt. Naar schatting 55% van de dierlijke vetten vindt een toepassing in de chemie. Halffabrikaten die door de oleochemie gemaakt worden zijn onder andere: vetzuren, vetalcoholen en esters, die gebruikt worden voor het maken van zeep, detergenten, verven, cosmetica, kaarsen, smeermiddelen, textiel verstevigers; dimeren en amides voor de polymeerchemie en fabricage van plastics; glycerine voor voeding, farma. Daarnaast worden oliën ook rechtstreeks gebruikt voor de productie van harsen, verven, inkten, kaarsen, smeermiddelen, ontkistingsolie, als bindmiddel voor houtblokken en in talrijke andere toepassingen. De laatste jaren is het belang van biobrandstoffen en groenestroomproductie sterk toegenomen. België telt op zijn grondgebied vier biodiesel fabrieken (Oostende, Ertvelde, Gent en Feluy) die hoofdzakelijk koolzaadolie gebruiken. Daarnaast is er het gebruik van dierlijk vet en geraffineerde palmolie in stationaire motoren (Lot, Moeskroen, Harelbeke, Oostende en bij diverse tuinbouwbedrijven) om groene stroom op te wekken, zowel door elektriciteitsproducenten als in de tuinbouw (WKK’s). Vanaf 2009 kan er maximum 30% van het in Vlaanderen geproduceerde dierlijk vet categorie 3 worden verbrand met energiewinning, via de zogenaamde contingenteringsregeling. Daarnaast werd in 2011 ook 20.143 ton dierlijk vet categorie 1 & 2 mee-verbrand met energiewinning of stoomproductie (kadavers of risicovol materiaal). Van de hoeveelheid gebruikte frituurvetten en –oliën die ingezameld werden door Valorfrit (27.590 ton) gaat 90% voor biodieselproductie naar Nederland, 9% naar bioenergie en 1% naar oleochemie/materialen31, 32 .

“Duurzaam gebruik van en waardecreatie uit hernieuwbare grondstoffen voor de biogebaseerde industriële productie zoals biomaterialen en groene chemicaliën in Vlaanderen; Opties en aanbevelingen voor een geïntegreerd economisch en innovatiebeleid, in coherentie met andere beleidsdomeinen en EU regio’s”. Oktober 2012. Departement EWI, Vlaamse Overheid. 32 Overzicht van de organisch-biologische nevenstromen in Vlaanderen, VIS-VISIONS project, 2013. 31

64


8.5.4 Waardering Technologie en proces

Rol IB in proces

Toepassing en markt



5→➞ 5

1→➞ 3

5→➞ 5

3→➞ 3

Analyse

- Vnl. chemische conversie (= mature technologie)

- Beperkte rol (vnl. oleochemie)

- Zeer diverse toepassingen, bestaande markt

- Concurrentie met fossiele grondstoffen blijft voor belangrijke productgroepen

Chemicaliën uit oliën en vetten

Grondstoffen

- Zeer grote en stijgende input stroom, maar beschikbaarheid voor chemicaliën beperkt door toepassingen voor energie en voeding

- Opportuniteit voor nieuwe routes, micro-organismen en producten

- Beperkte beschikbaarheid afval-oliën en vetten

- Kan in toekomst verhogen door toenemend gebruik van enzymen (lipasen voor bv. enzymatische biodieselproductie)

8.5.5 Conclusie Voor oliën en vetten zijn er grote en stijgende hoeveelheden grondstof beschikbaar, die echter wel gebruikt worden in een diversiteit van toepassingen waaronder in de eerste plaats voeding en veevoeding en in de tweede plaats energie. Daardoor is de beschikbaarheid voor chemicaliën eerder beperkt. De processen voor de verwerking oliën enFiguur vetten13 zijn in hoofdzaak klas8.6 Evan iwiNen

siek chemisch van aard en goed ontwikkeld. Naar de toekomst toe wordt een toenemende rol voor biokatalyse (lipasen) verwacht. Vanwege de multifunctionele structuur van de moleculen is er nog veel potentieel voor nieuwe processen en producten. Voor sommige productgroepen zijn de eigenschappen uniek, voor andere is er concurrentie met de fossiel-gebaseerde alternatieven.

8.6 Eiwitrijke stromen voor (vee)voeding en technische toepassingen Grondstof Eiwitrijke grondstoffen (plantaardig, dierlijk) Eiwitrijke nevenstromen uit landbouw, voeding, industrie,…

Verzameling / Stabilisa0e Oogst Ophaling Droging

Voor-‐ behandeling Mechanische behandeling Extrac0e

OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen Precipita0e Enzyma0sche/ chemische hydrolyse Scheiding

Downstream processing Opzuivering Drogen Modifica0e

Product (Vee)voeding Bioplas0cs Lijmen en coa0ngs Surfactanten

Figuur 13: Schematische voorstelling van de waardeketen van eiwitrijke stromen voor (vee)-voeding en technische toepassingen

Eiwitten zijn polymeren opgebouwd uit een 20tal verschillende aminozuren. De ketenlengte, de samenstelling van de aminozuren en de manier waarop de eiwitten gestructureerd zijn, bepaalt in belangrijke mate hun functionele eigenschappen. Eiwit is de basis “grondstof” van spierweefsel voor mens en dier.

De wereldwijde vraag naar eiwitten voor voeding en veevoeding stijgt. Als gevolg van een groeiende wereldbevolking en de grotere vraag naar vlees in landen als China en India wordt verwacht dat de consumptie van vleesproducten tot 2050 zal verdubbelen. Dit maakt dat de druk op eiwitbronnen steeds groter wordt. Vooral de vleespro-

65

ductie is een grote verbruiker: voor de productie van 1 gram vleeseiwit is ongeveer 5 gram plantaardig eiwit nodig33. De wereldwijde vraag naar soja vanuit de veevoederindustrie is de afgelopen tien jaar met zo’n 70 procent toegenomen. Daarnaast zijn plantaardige eiwitrijke voedingsproducten een nieuwe gezondheidstrend en wordt meer en meer naar vleesvervangers gezocht. De Europese Unie is met bijna 50 miljoen ton de tweede grootste gebruiker ter wereld van eiwitrijke grondstoffen voor de diervoeding. Zij werd pas onlangs door China voorbijgestoken. Tegen 2022 verwacht de Europese Commissie nog een toename met enkele miljoenen tonnen. De Europese zelfvoorziening bedraagt amper 33%. Dat wil zeggen dat meer dan 30 miljoen ton sojaschroot en –bonen worden ingevoerd. De situatie in België verschilt van die in Europa. Onze mengvoederfabrikanten doen minder beroep op eiwitten van buiten Europa dan gemiddeld: slechts 50 procent van de 1,2 miljoen ton die jaarlijks nodig is, wordt ingevoerd. Het gaat hierbij om 600.000 ton ingevoerde soja. Reden hiervoor is dat meer beroep wordt gedaan op bijproducten van de voedingsindustrie en biobrandstof-industrie

Europese voedings- of biobrandstofindustrie zijn: tarweglutenvoer (300.000 ton), zonnepitschroot (140.000 ton), maisvoermeel (80.000 ton), DDGS op basis van tarwe (70.000 ton), erwten (60.000 ton) en lijnzaadschilfers (60.000 ton). Samen maken zij ongeveer de helft uit van de eiwitbronnen voor Belgisch veevoeder34. Ook andere agrarische en agro-industriële reststromen vormen een potentiële bron van eiwitten, zoals reststromen uit de aardappelverwerking, bietenloof, bietenperspulp, draf, bladresten uit de tuinbouw en maaisel. Indien het mogelijk zou zijn om op duurzame en kosten-effectieve wijze eiwitten te winnen uit deze reststromen, zou dit belangrijke economische en duurzaamheidswinsten kunnen opleveren. Het blijkt in de praktijk echter uitermate complex te zijn om eiwitten te valoriseren uit agroreststromen. De redenen hiervoor zijn dat agroreststromen veel water bevatten waardoor transport duur is. De eiwitgehaltes in de reststromen zijn bovendien laag (1-5%). En tot slot degraderen deze eiwitten snel, waardoor ze hun functionaliteit en daarmee hun economische waarde al snel verliezen35.

De belangrijkste teelt van eiwit in België en Vlaanderen is gras, al dan niet in combinatie met vlinderbloemigen zoals klaver en luzerne. Belangrijke eiwitbronnen die daarnaast als ‘Belgisch’ beschouwd kunnen worden, zijn niet zozeer de eiwithoudende gewassen maar wel de bijproducten van de biobrandstofindustrie (DDGS) en de zetmeelindustrie (tarweglutenvoer). De maïs en granen die hiervoor als grondstof dienen, worden hoofdzakelijk in ons land geteeld.

Vroeger werd in veevoeders ook nog bijkomend intensief gebruik gemaakt van verwerkte dierlijke eiwitten (diermeel), maar sinds de BSE-crisis werd het gebruik van deze hoogwaardige eiwitbron verboden. Zo moest 200.000 ton diermeel opeens vervangen worden door bijkomende invoer van soja. Op dit moment wordt bijna al het diermeel in Europa gebruikt als (bijstook)brandstof in bijvoorbeeld elektriciteitscentrales en afvalverbrandingsovens (cementindustrie), wat een laagwaardige toepassing is. Daarnaast worden sommige melen verwerkt in meststoffen. Sinds 1 juni 2013 laat Europa opnieuw diermeel van nietherkauwers toe in visvoeder.

Bijkomende eiwitbronnen van niet-Belgische oorsprong zijn voor een groot deel afkomstig van binnen Europa. Koolzaadschroot, dat voornamelijk van de Duitse biobrandstofindustrie komt, wordt wellicht de belangrijkste eiwitbron voor ons veevoeder. Andere belangrijke bijproducten uit de

De Belgische mengvoederindustrie heeft de ambitie om minder afhankelijk te worden van de import van plantaardige eiwitten van buiten Europa. Dit kan enerzijds door het reduceren van de import van soja, anderzijds door in te zetten op de teelt van eiwithoudende gewassen. Eiwitrijke

8.6.1 Grondstoffen

33

Mulder et al. Biobased Economy: De potentie van eiwitten voor technische toepassingen. Maart 2013. Food & biobased Research, Wageningen UR. Cijfers VILT, via: http://www.vilt.be/helft-van-de-belgische-veevoedereiwitten-komt-uit-eu 35 ILVO mededeling nr. 165 – Valorisatie van groente- en fruitreststromen: opportuniteiten en knelpunten

34

66


gewassen zijn een buitenbeentje in de Europese Unie. Sinds de oprichting van de EU kwam de productie nooit van de grond. Herhaaldelijk werden in de Europese Unie pogingen ondernomen om een eigen eiwittenbeleid op touw te zetten, maar zonder veel succes. Vlaanderen schaart zich nu achter het voorstel van Oostenrijk om de teelt van eiwitrijke gewassen binnen het nieuwe Europese landbouwbeleid aan te moedigen. In november 2013 werd bijvoorbeeld een project gestart, getrokken door ILVO, om de teelt van soja in Vlaanderen te optimaliseren. 8.6.2 Technologie en proces Uit eiwitrijke grondstoffen kunnen zowel complete eiwitten gewonnen worden als de onderdelen ervan, namelijk peptiden en aminozuren. De extractie en isolatie van de traditioneel geproduceerde industriële eiwitten is relatief eenvoudig. Doorgaans gebeurt dit door middel van een waterige extractie in aanwezigheid van basen of zuren, gevolgd door precipitatie en droging van het product36. Daarnaast kunnen eiwitten volledig of gedeeltelijk afgebroken of gesplitst worden. Bij het volledig splitsen (hydrolyseren) van eiwitten ontstaan aminozuren, de chemische bouwstenen van een eiwit. Bij het gedeeltelijk afbreken ontstaan zowel aminozuren als peptidestructuren (kortere ketens met meerdere aminozuren). Ook in dit geval dienen de eiwitten echter eerst te worden geïsoleerd/geëxtraheerd. Vervolgens kan de hydrolyse gebeuren: op chemische wijze door het gebruik van hoge concentraties zout en hoge temperaturen, of enzymatisch, met behulp van mengsels van proteasen en/of peptidasen. Zowel de intacte eiwitten als de hydrolysaten kunnen rechtstreeks in de voeding of veevoeding toegepast worden. Wil men echter afzonderlijke aminozuren isoleren, dan zijn meer geavanceerde chromatografische scheidingstechnieken noodzakelijk aangezien eiwithydrolysaten vaak zeer complexe mengsels zijn. Momenteel bestaan er geen technieken die de scheiding van aminozuren uit complexe mengsels op grote schaal en

op een economisch rendabele manier kunnen uitvoeren. Meer onderzoek hiernaar is nodig. Naast voeding/veevoeding zijn ook technische toepassingen mogelijk37. De eigenschappen van eiwitten kunnen hiertoe worden aangepast door middel van enzymatische en chemische wijzigingen in de structuur. Zo kunnen eiwitmoleculen meer wateroplossend gemaakt worden door de inbouw van polaire groepen, meer vetminnend door de inbouw van apolaire groepen, of aan elkaar gekoppeld via verknopingsreacties. Deze modificaties kunnen gebeuren op het intacte eiwit, maar ook op de (gedeeltelijk) afgebroken eiwitstructuren. Bij het wijzigen van intacte eiwitten, zijn de intrinsieke functionele eigenschappen van het eiwit vaak nog zeer belangrijk. Deze eigenschappen kunnen echter sterk beïnvloed worden door het isolatieproces, waarbij bijvoorbeeld denaturatie van het eiwit kan optreden. Bij het gebruik van aminozuren en peptiden is het minder van belang onder welke omstandigheden een isolatie heeft plaatsgevonden. Bijgevolg kan verwacht worden dat vooral het aantal technische toepassingen vertrekkend vanuit de aminozuren en peptiden zal toenemen. Zo kunnen bepaalde gedeeltelijk gehydrolyseerde eiwitten of peptiden vanwege hun specifieke oppervlakte-actieve eigenschappen ingezet worden als surfactant. Momenteel staat het onderzoek van aminozuren als een grondstof voor de productie van chemische stoffen nog in de kinderschoenen. Deze modificaties kunnen zowel enzymatisch als chemisch gebeuren. Voordelen van het gebruik van enzymen voor minstens een deel van de procesroute, zijn de lagere nood aan warmtewisselaars en apparatuur die bestand is tegen hoge druk, met als gevolg minder kapitaalinvesteringen en kleinere schaalgrootte. Het belangrijkste nadeel van enzymen is momenteel de hoge kostprijs. In dit verband is het hergebruik van enzymen door middel van immobilisatie een veelbelovende route, naast de ontwikkeling van nieuwe actieve en stabiele enzymen. Eiwitten zijn een essentieel onderdeel van veevoe-

36,37

Mulder et al. (2013) Biobased Economy: De potentie van eiwitten voor technische toepassingen. Food & biobased Research, Wageningen UR.

67

ding, maar worden in vele gevallen onvoldoende in het dier opgenomen of omgezet. Er wordt volop gezocht naar manieren om de voedersamenstelling beter af te stemmen op de eiwitbehoefte (essentiële aminozuren) van het dier. Door een betere benutting van de eiwitten in veevoeding komt meer eiwit beschikbaar voor andere (technische) toepassingen. Om dit mogelijk te maken is er nood aan nieuwe (milde) ontsluitingstechnologieën, die eveneens geschikt zijn om het eiwit te isoleren met behoud van functionaliteit. Er bestaan reeds ontsluitingstechnologieën voor vezelrijke grondstoffen, doch bij die ontsluiting wordt geen rekening gehouden met de aanwezige eiwitten. Teneinde ontsluitingstechnologieën te ontwikkelen die met alle componenten in deze vaak zeer complexe matrices rekening houden, is onderzoek nodig naar de onderlinge interacties tussen de verschillende componenten in biomassa. In voedselsystemen zijn interacties redelijk goed beschreven, maar voor biomassa zelf is dit nog nauwelijks bestudeerd. Het genereren van meerwaarde van de aanwezige eiwitten in de biomassastromen door de isolatiemogelijkheden sterk te verbeteren, is niet alleen van belang voor technische toepassingen, maar ook voor toepassingen in de diervoeding en humane voeding. 8.6.3 Toepassing en markt Eiwitten kennen hun belangrijkste toepassing in humane voeding en diervoeding. Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren, gelinkt in verschillende combinaties. Essentiële aminozuren kunnen niet aangemaakt worden door het menselijk lichaam en moeten dus opgenomen worden via de voeding. De belangrijkste bronnen van eiwit vandaag zijn van dierlijke oorsprong (vleeswaren en zuivel). De interesse verschuift echter van dierlijke eiwitten naar plantaardige eiwitten die gelijkaardige of superieure functionele eigenschappen bezitten. Behalve het verschil in kostprijs (30-50% goedkoper) zijn de belangrijkste drijfveren hiervoor attitude (toenemende consumentenmening dat plantaardig voedsel minder

risico’s met zich meebrengt dan dierlijk voedsel), duurzaamheid (lage conversiepercentages van eiwit-in-voer naar vlees) en een gunstig nutritioneel profiel. Tevens wordt gezocht naar een vervanging voor conventionele eiwitbronnen met allergene eigenschappen zoals soja, gluten, zuivel, eieren en noten38. Behalve om hun nutritionele waarde worden eiwitten in voeding ook toegevoegd vanwege hun functionele eigenschappen zoals emulgeerbaarheid of de capaciteit om een schuim te vormen. Naast eiwitten is er ook interesse in de afzonderlijke aminozuren die naast voeding hun toepassing vinden in cosmetica, farmaceutica en als tussenproducten in de chemische industrie. De keuze van aminozuren is gebaseerd op hun voedingswaarde, smaak, fysiologische activiteit en chemische eigenschappen. Vanwege de functionele eigenschappen die eiwitten bezitten, zijn ze eveneens een interessante grondstof om ingezet te worden als biopolymeer in tal van industriële toepassingen zoals bij de productie van bioplastics, als bindmiddel in coatingsystemen, als lijm of als oppervlakte-actieve stof (surfactant). In veel van die genoemde industriële toepassingen worden nu aardolie-gebaseerde polymeren gebruikt, maar eiwitten kunnen hier specifieke nieuwe functionele eigenschappen aan toevoegen39. Zo zijn er in Vlaanderen een aantal grote gelatineproducenten die op basis van nevenstromen uit de dierlijke productie en vleesverwerkende nijverheid gelatines maken met specifieke technische eigenschappen die op hun beurt kunnen worden toegepast in hoogwaardige applicaties zoals voor de productie van capsules voor de farmaceutische nijverheid, polymeercoatings voor bankbiljetten, als drager voor celmateriaal in wondverzorgingstechnologieën enz. Tot nog toe is het aandeel van eiwitten in technische toepassingen nog zeer beperkt, wat voor een deel veroorzaakt wordt door de relatief hoge kosten van eiwitten39. Bijgevolg ligt er een grote kans voor het toepassen van eiwit uit de “nieuwe” eiwitbronnen, zoals de restromen van de

38

ILVO mededeling nr. 165 – Valorisatie van groente- en fruitreststromen: opportuniteiten en knelpunten

39

Mulder et al. (2013) Biobased Economy: De potentie van eiwitten voor technische toepassingen. Food & biobased Research, Wageningen UR.

68


bepaalde fracties (niet-essentiële aminozuren) uit deze stromen geïsoleerd worden zonder afbreuk te doen aan de voederwaarde van de reststroom. Dit maakt dat er goede mogelijkheden zijn voor uitbreiding van eiwitgebruik in de technische sector, waarbij de meeste groei te verwachten valt in de chemische sector (vb. poly-urethanen) en de markt van de oppervlakte-actieve stoffen.

olie-, biodiesel- en ethanolproductie en de agrarische en agro-industriële reststromen of onbenutte stromen zoals diermeel. Een sterke motivatie voor het bestuderen van de mogelijkheden van technische toepassingen op basis van deze “nieuwe” eiwitbronnen is dat de eiwitten die in deze producten zitten op dit moment niet in voeding gebruikt mogen worden. Bovendien kunnen 8.6.4 Waardering Eiwitrijke nevenstro- Grondstoffen men voor technische toepassingen


Rol IB in proces

Toepassing en markt


Scoring (zie p. 39) 3

1➞3

3

3➞5

1➞3

Analyse

- Kan belangrijk - Nieuwe ontsluitings-technologieën economisch voordeel opleveren nodig voor de isolatie van eiwit uit complexe matrices

- Stijgende vraag naar eiwitten wereldwijd - Nieuwe logistiek nodig voor eiwitrijke reststromen

- Nieuwe scheidings-technieken nodig voor de isolatie van aminozuren uit eiwithydrolysaten

8.6.5 Conclusie Ook in de toekomst zullen eiwitten en de afgeleide peptiden en aminozuren hoofdzakelijk hun toepassing blijven vinden in voeding en veevoeding. Er bieden zich echter mogelijkheden aan voor eiwitten in technische toepassingen. Waar deze momenteel nog sterk beperkt zijn wegens de relatief hoge kostprijs van de eiwitten, wordt verwacht dat er in de toekomst eiwitbronnen beschikbaar komen met een lagere prijs dan de traditioneel geproduceerde eiwitten voor de voedingsindustrie. Teneinde die te kunnen valoriseren is er nood aan nieuwe ontsluitingstechnologieën om de eiwitten uit deze complexe matrices te isoleren. Daarnaast is bijkomend onderzoek

- Momenteel eerder - Momenteel nog belangrijke concurbeperkt door relatief hoge kosten rentie met fossiel van eiwitten - Vanwege hun specifieke functio- Groot potentieel nele eigenschappen door gebruik van goedkopere eiwit- kunnen eiwitten op rijke reststromen termijn een voordeel bieden voor bepaalde technische toepassingen

nodig naar economisch rendabele isolatieprocessen van aminozuren uit complexe mengsels, zodat aminozuren in voldoende hoeveelheden kunnen worden geproduceerd voor de daarop volgende conversie naar chemicaliën. Industriële Biotechnologie kan hierbij een belangrijke rol spelen in het efficiënter of specifieker maken van de hydrolyse- of modificatiereacties. De inschatting is dus dat deze waardeketen aan belang zal winnen naar de toekomst toe.

8.7 Natuurlijke componenten voor voeding, farmacie en cosmetica In deze waardeketen wordt de productie van hoogwaardige natuurlijke componenten met toe-

69

passingen in voeding, farmacie en cosmetica besproken. Hoewel deze producties ook gebaseerd kunnen zijn op suiker-, olie-, eiwit- of ligninerijke grondstoffen die eerder besproken werden, worden zij hier apart behandeld omdat het over een specifiek domein gaat met belangrijke opportuniteiten voor Industriële Biotechnologie. Omwille van de enorme breedte van deze markt, was het niet mogelijk om binnen het kader van deze roadmap een volledige kwantitatieve analyse te maken, en wordt deze waardeketen enkel kwalitatief beschreven. 8.7.1 Grondstoffen De grondstoffen die gebruikt worden voor de productie van natuurlijke componenten zijn uiteraard sterk afhankelijk van het gewenste product, maar ook van de wijze waarop ze geproduceerd worden. Indien men de componenten rechtstreeks extraheert uit de natuurlijke grondstof, is het belangrijk dat deze e grondstof een efficiënte wij8.7 Natuurlijke xtracten op Figuur 14

Grondstof Speciale planten en vruchten Speciale dieren Cyanobacteriën en algen Nevenstromen uit plantaardige en dierlijke produc0eprocessen

Verzameling /Stabilisa0e


Oogst Verzameling

Reiniging Persing Mechanische behandeling

8.7.2 Technologie en proces De productie van hoogwaardige natuurlijke componenten kan gebeuren via drie verschillende routes: 1) rechtstreekse extractie van de component uit de natuurlijke grondstof, 2) productie van de component via een biotechnologische route of 3) productie van de component via chemische synthese. Voorbeelden van rechtstreekse extractie zijn superkritische CO2-extractie van oliën uit fruitpitten voor toepassingen in cosmetica, solventextractie van baccatine uit taxus voor toepassingen in chemotherapie, van galanthamine uit narcissenbollen voor de behandeling van Alzheimer, of van anti-oxidanten zoals carotenoïden uit micro-algen. Wanneer voor de biotechnologische route wordt gekozen, wordt een geschikt microorganisme zoals een bacterie, schimmel of gist, genetisch gemodificeerd opdat die het gewenste product zou aanmaken. Op deze manier worden bijvoorbeeld vanilline, resveratrol, bepaalde saffraanbestanddelen en stevia geproduceerd met

OmzeKngs-‐ en/of extrac0e-‐processen Natuurlijke extrac0e Biotechnologische synthese Chemische synthese

Downstream processing Opzuivering Kristallisa0e Formula0e Modifica0e Func0onalisa0e

Product Voedings-‐ ingrediënten Cosme0sche ingrediënten Farmaceu0sche moleculen

Figuur 14: Schematische voorstelling van de waardeketen van natuurlijke componenten voor voeding, farmacie en cosmetica

ze kan geteeld, geoogst, of verzameld worden. Het kan gaan over speciale planten of vruchten, cyanobacteriën of algen, of ook over nevenstromen uit de huidige verwerking van plantaardig of dierlijk materiaal. Indien men de componenten produceert via een biotechnologische route, zijn de geschikte grondstoffen voor de groei van het micro-organisme nodig, zoals licht, CO2, een Nbron en een C-bron.

70


gist, vitamine B12 met de bacterie Streptomyces (productie van 35 ton in 2008 door Sanofi-Aventis en drie Chinese bedrijven), en penicilline met een schimmel (15.000 ton/jaar). Een aantal natuurlijke componenten worden ook volledig synthetisch geproduceerd via een opeenvolging van chemische reactiestappen. Dit gebeurt onder andere voor vanilline, dat dus op de markt beschik-

baar is vanuit de drie verschillende mogelijke productieprocessen. Sommige componenten worden geproduceerd door middel van een combinatie van productieprocessen, bijvoorbeeld extractie met daaropvolgend chemische modificatie, of biotechnologische productie met daaropvolgend chemische functionalisatie. Extractie van chitine uit kreeftachtigen of insecten met daaropvolgende enzymatische en chemische functionalisatie tot chitosanderivaten is een voorbeeld van een combinatie van deze drie productiemethodes. Zowel de productiekost als de marktwaarde zijn sterk afhankelijk van de productieroute: ze zijn beiden vaak het hoogst voor de volledig natuurlijke productie en het laagst voor de volledig synthetische productie. De biotechnologische productieroute situeert zich daar ergens tussenin, met vaak wel een hogere ontwikkelingskost (door “metabolic engineering” van het micro-organisme). Soms echter kan de biotechnologische route ook een winst in productiekost opleveren omwille van de eenvoudigere omzettingsstappen, zoals bijvoorbeeld voor Vitamine C.

ën, anti-oxidanten, steviosiden, flavonoïden, antibiotica en vitamines. Natuurlijke componenten worden in de voeding gebruikt als geur-, kleur- en smaakstof, als nutraceutical of als bewaarmiddel. In cosmetica kunnen zij ook gebruikt worden als geur- of kleurstof en als bewaarmiddel, of bijvoorbeeld voor hun hydraterende, UV-beschermende, zelfbruinende of anti-allergene effecten. In de farmaceutische sector worden natuurlijke componenten gebruikt als actieve farmaceutische ingrediënten voor een brede waaier van aandoeningen.

De producten uit de biotechnologische route kunnen vaak nog als “biologisch” of “natuurlijk” vermarkt worden, en liggen daardoor ook qua marktwaarde vaak tussen de twee andere. Het is ook niet altijd mogelijk of gemakkelijk om de natuurlijke componenten exact na te bootsen via chemische synthese. Zo is het aroma van chemisch gesynthetiseerde vanilline niet identiek aan de natuurlijke vanille, en zo hebben synthetische carotenoïden zoals geproduceerd door Roche of BASF een lagere waarde dan het biologische alternatief omwille van sterische verschillen tussen de natuurlijke en synthetische vormen. 8.7.3 Toepassing en markt Er is een grote diversiteit aan hoogwaardige natuurlijke componenten die op één van bovenstaande wijzen geproduceerd worden voor de markten van de voeding, de cosmetica en de farmacie. Voorbeelden van componenten zijn polyonverzadigde vetzuren, fenolische zuren, etherische oli-

71

Enkele concrete voorbeelden:

stappen bekomen vanuit het natuurlijke baccatine, en worden dus semi-synthetisch geproduceerd. Deze semi-synthetische route minimaliseert de nadelen van de zuivere natuurlijke extractie (zeer lage opbrengst per oppervlakte) en van de zuivere chemische synthese (zeer complexe biosynthetische pathway). Voor de productie van 1 kilo baccatine is meer dan 12 ton jong en zuiver snoeisel nodig. Veel Belgische gemeenten motiveren hun inwoners om dit snoeisel op een bruikbare manier in te zamelen. Momenteel wordt verder onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om taxanen te produceren via plantencelculturen of via fungale of microbiële fermentatie. De wereldwijde markt voor taxol is ruim boven de 1 miljard dollar en blijft groeien omdat nieuwe klinische toepassingen in de pipeline zitten.

Carotenoïden zijn een welgekende klasse van antioxidanten uit micro-algen. De vraag naar natuurlijke carotenoïden is hoger dan het huidige aanbod, waardoor natuurlijke carotenoïden redelijk duur zijn (1000 -10.000 $/kg). De meest geproduceerde algen-carotenoïden zijn ß-caroteen uit Dunalliella en astaxanthine uit Haematococcus. Voor ß-caroteen bijvoorbeeld was er een vraag naar 1400 ton in 2002, terwijl de wereldwijde productie slechts 35 ton bedroeg. Astaxanthine wordt omwille van zijn intens rode kleur gebruikt in de veevoederindustrie als voederadditief, bijvoorbeeld om geweekte zalm een mooie roze kleur of eigeel een mooie oranje kleur te geven. De kost van astaxanthine kan tot 2500 €/kg gaan, waardoor ondanks de kleine benodigde porties, dit 15-25% kan uitmaken van de voederkost van commerciële zalmkweek. De wereldwijde markt voor astaxanthine overstijgt de 200 miljoen dollar.

Natuurlijke vanille is een complex mengsel van bestanddelen, dat wordt gewonnen uit de zaaddoosjes van een specifieke orchideeënsoort, en waarvan vanilline de belangrijkste component is. Omwille van de kost en de schaarste van het natuurlijke product, wordt op grote schaal synthetische vanille geproduceerd. De wereldwijde markt voor vanille en vanilline samen bedraagt 600 miljoen dollar en 18.000 ton. Slechts een kleine fractie van deze productie bestaat uit natuurlijke vanille. Een alternatief is de biotechnologische productie via fermentatie in gist. Het Duitse bedrijf Evolva brengt zulke biotechnologisch geproduceerd vanilline en andere vanilleachtige aroma’s op de markt.

Het snoeisel van de taxushaag Taxus baccata bevat de kostbare stof baccatine, de grondsubstantie voor taxanen, een groep van geneesmiddelen die gebruikt worden tegen verschillende soorten kanker. Bij 50% van de chemotherapieën kiest men voor geneesmiddelen op basis van Taxus. De twee meest gebruikte geneesmiddelen op basis van baccatine zijn paclitaxel (Taxol) en docetaxel (Taxotere). Zij worden via een aantal chemische conversie8.7.4 Waardering Grondstoffen Natuurlijke componenten voor voeding, farmacie of cosmetica


Rol IB in proces*

Toepassing en markt


Scoring (zie p. 39) NR

3➞5

5*

5 ➞5

3➞3

Analyse

- Biotech route in bepaalde gevallen beduidend voordeliger

- Substraat voor fermentatie niet limiterend

- Zowel toepas- Deze waardeketen behandelt enkel singen als markten de IB-route (dus zeer divers cruciale rol) - Hoge toegevoeg- Opportuniteit de waarde van de voor nieuwe routes, producten micro-organismen en producten

- Twee andere productieprocessen (natuurlijke extractie en chemische synthese) evolueren ook

* De waarderingstabel is sterk verschillend voor de drie mogelijke productieroutes van natuurlijke componenten, en wordt daarom enkel ingevuld voor de biotechnologische productieroute.

72


8.7.5 Conclusie De productie van hoogwaardige natuurlijke componenten via al dan niet genetisch gemodificeerde micro-organismen die dienst doen als miniatuur productiefabriekjes, is een kerndomein van de Industriële Biotechnologie. Hoe verder de wetenschappelijke kennis zich zal ontwikkelen in de domeinen van de microbiële genetica en de “metabolic engineering”, hoe meer mogelijkheden er zullen komen voor de biotechnologische productiewijze van deze natuurlijke componenten of variaties daarvan. Zulke biotechnologische productieprocessen worden wel relatief weinig ontwikkeld of toegepast in Vlaanderen.

8.8 Klassieke toepassingen van fermentatie in de voedingsindustrie De biotechnologie heeft haar wortels in de voedingsindustrie. Hoewel de biotechnologie een jonge discipline is, staan micro-organismen al eeuwen ten dienste van de mens en worden fermentaties al lang toegepast om voedsel houdbaarder of aantrekkelijker te maken. Zo wordt bier gebrouwen doordat gisten de aanwezige suikers omzetten tot het smaakgevende en conserverende alcohol. Yoghurt wordt gemaakt door de melkzuurbacterie toe te voegen aan melk, brie is bedekt met schimmels. Maar ook het rijpen van wijn, het rijzen van brood of de bereiding van sojasaus of zuurkool zijn allemaal van oorsprong traditionele biotechnologische processen, hoewel niemand er zich toen van bewust was dat biologische processen verantwoordelijk waren voor bepaalde omzettingen. Vernieuwde processen van deze toepassingen zijn tot op heden in gebruik. Als op volume wordt vergeleken, dan is bier wereldwijd nog steeds het grootste biotechnologische product. Deze processen worden ook wel traditionele of klassieke biotechnologie genoemd. Soms wordt ook gesproken van de eerste generatie biotechnologie. Veel van deze processen zijn inmiddels verder geoptimaliseerd met behulp van de moderne biotechnologie of andere technologische ontwik-

kelingen en vallen nu onder de paraplu Industriële Biotechnologie. Tal van voedingsingrediënten worden reeds via processen van de Industriële Biotechnologie geproduceerd en de trend om niet-natuurlijke stoffen zoveel mogelijk uit de voeding te bannen is daaraan zeker niet vreemd. Ook het gebruik van enzymen voor de processing van levensmiddelen neemt sterk toe. Zo worden steeds meer enzymen ontwikkeld die via grootschalige fermentatie worden geproduceerd om aan voedingsmiddelen toe te voegen met de bedoeling de verteerbaarheid te bevorderen, de textuur van voedingsmiddelen aan te passen of de bewaarbaarheid van het product te verlengen. Er worden nieuwe startersculturen ontwikkeld voor de productie van kaas en yoghurt met andere smaak of bepaalde gezondheidsbevorderende eigenschappen. Speciale gisten die in de natuur voorkomen worden d.m.v. biotechnologische screeningstechnieken geselecteerd omwille van hun capaciteit om bier met hogere alcoholpercentages of complexere aroma’s te produceren. Daarnaast zijn er nog een ganse batterij van genetische en moleculaire testen beschikbaar voor het nagaan van voedingsbederf, de aanwezigheid van contaminanten zoals pesticiden, maar ook om bepaalde natuurlijk fermentaties zoals deze die plaatsvinden bij de productie van cacao, thee en koffie, te sturen. Hieronder worden enkele voorbeelden kort toegelicht40. Voedingsingrediënten en additieven Aminozuren zijn belangrijke natuurlijke bouwstenen van eiwitten en zijn essentieel in onze voeding. Vandaag worden bijna alle 20 natuurlijke aminozuren geproduceerd via fermentatieprocessen of enzymatische processen. Het gaat hier vaak om zeer grootschalige producties. Zo bedraagt de wereld productie van L-glutaminezuur niet minder dan 1,5 miljoen ton per jaar, een productievolume vergelijkbaar met vele petrochemische producten. L-glutaminezuur wordt onder de vorm van monosodiumglutamaat (MSG) gebruikt als smaakversterker in allerlei levensmiddelen. LLysine is een ander grootschalig geproduceerd

Haalbaarheidsstudie: Masterplan Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen, Philippe Willems/Wesley Carpentier, December 2007

40

73

aminozuur dat gebruikt wordt in de veevoeding. Een speciaal aminozuur is L-fenylalanine, dat tussenkomt bij de synthese van aspartaam, een kunstmatige zoetstof die 200 keer zoeter is dan suiker en in vele light frisdranken wordt toegepast. Citroenzuur is een organisch zuur dat via fermentatie uit suiker wordt geproduceerd. Het is een essentieel ingrediënt in frisdranken en er wordt vandaag meer dan 1 miljoen ton per jaar geproduceerd. Erythorbinezuur of iso-ascorbinezuur is een natuurlijk anti-oxidant gebruikt in vele levensmiddelen. Het wordt geproduceerd uit glucose via een fermentatieproces. Het enzym asparaginase reduceert de hoeveelheid asparagine, een veel voorkomend aminozuur in levensmiddelen, waardoor de vorming van ongewenste acrylamiden in gebakken en gebraden levensmiddelen (bv. frieten of chips) wordt tegengegaan. Het voordeel is duidelijk: veiliger voedsel. Enzymes hebben diverse toepassingen in voeding: smaakontwikkeling (vb. lipases en esterases in kaasbereiding), verbetering van extractie (vb. pectinases in sapbereiding), verandering in functionaliteit (vb. alpha-amylases voor het vertragen van het verouderingsproces van brood of chymosine gebruikt in de kaasbereiding). L-Carnitine is een vitamine-achtige natuurlijke stof die in dierlijke weefsels het lipidemetabolisme stimuleert. Mensen en dieren kunnen baat hebben bij het gebruik van L-carnitine als voedingssupplement om het vetmetabolisme te stimuleren (meer energie, minder vetsynthese en meer groei). L-Carnitine werd vroeger geproduceerd via chemische synthese, maar wordt heden gemaakt via een fermentatieproces uit hernieuwbare grondstoffen. Bio-kleurstoffen, geurstoffen en aroma’s Bio-kleurstoffen worden steeds meer geproduceerd via Industriële Biotechnologie, zeker wanneer de kleurstoffen bestemd zijn voor de voeding. Voorbeelden van biotechnologisch geproduceerde kleurstoffen voor de voeding zijn ßcaroteen en astaxanthine (zie waardeketen 8.7).

74


Geurstoffen en aroma’s kunnen eveneens geproduceerd worden via fermentatie of enzymatische technologie. Zo worden perzik aroma en boter aroma reeds op grote schaal geproduceerd via industriële fermentaties. Vitaminen Vitaminen zijn belangrijke stoffen die in grote hoeveelheden geproduceerd worden. Vitamine B2 (riboflavine) wordt vandaag grootschalig geproduceerd via Industriële Biotechnologie (4.000 ton /jaar). Een ander voorbeeld is de synthese van vitamine C (ascorbinezuur), dat klassiek via een chemische synthese werd bereid in 5 chemische stappen. Een nieuw proces steunt op een fermentatieproces dat het grootste deel van de chemische stappen voor zijn rekening neemt. In het kader van deze roadmap hebben we geen aparte waardeketenanalyse voor het brede en complexe domein van de voeding uitgevoerd. De rol van Industriële Biotechnologie voor de agrovoedingssector zit echter verweven in de meeste van de hierboven uitgewerkte waardeketens, zoals wanneer het gaat over de productie van eerste en tweede generatie suikers, het gebruik van eiwitnevenstromen, de productie van hoogwaardige natuurlijke stoffen met gezondheidsbevorderende eigenschappen enz. De aanbevelingen die vanuit de groeps- en individuele interviews met de agro-voedingsbedrijven werden opgetekend, werden meegenomen in de ontwikkeling van hoofdstuk 6 (Trends) en 7 (SWOT) van dit document. De sterke voedingsindustrie die Vlaanderen rijk is is een belangrijke troef voor de ontwikkeling van de biogebaseerde industrie in onze regio, zoals ook naar voor komt in de sectorbeschrijving in hoofdstuk 5.

8.9 Samenvatting waarderingen Tabel 5: Samenvatting van de waarderingstabellen van de verschillende besproken waardeketens

Waardeketen

Grondstoffen


Rol IB in proces

Toepassing en markt


Eerste generatie suikers

5➞5

5➞5

3

5➞5

1➞3

Tweede generatie suikers

1➞5

3➞5

5

1➞5

1➞3

Bulk drop ins en platformchemicaliën uit suikers

3➞5

3➞5

5

3➞5

1➞3

Fijnchemicaliën uit suikers

5➞5

1➞3

5

1➞3

3➞5

1➞3

1➞3

3

1➞5

1➞3

3➞5

1➞3

3➞5

3➞5

1➞3

5➞5

5➞5

1➞3

5➞5

3➞3

3

1➞3

3

3➞5

1➞3

NR

3➞5

5

5➞5

3➞3

Ligninerijke grondstoffen voor hoogwaardige materialen en chemicaliën Conversie van (afval)gas in chemicaliën Chemicaliën uit vetten en oliën Eiwitrijke nevenstromen voor technische toepassingen Natuurlijke componenten voor voeding, farmacie of cosmetica

Zie Waarderingstabel pg. 39 voor een gedetailleerde betekenis van de scores

8.9.1 Algemene bespreking van de verschillende stappen in de waardeketens Grondstoffen Behalve voor eiwitten, die slechts beperkt beschikbaar zijn voor technische toepassingen, zijn de grondstoffen voor deze waardeketens voldoende beschikbaar of zullen zij in de toekomst voldoende beschikbaar worden. We beschouwen hierbij niet louter de interne productie van grondstoffen in Vlaanderen of België, maar gaan uit van de bestaande logistiek in biomassa en de belangrijke rol die de havens in onze regio hierin spelen. Desalniettemin zijn er een aantal cruciale randvoorwaarden waaraan zal moeten worden voldaan. Dit geldt in belangrijke mate voor de tweede generatie grondstoffen zoals vezelrijke nevenstromen uit landbouw, de agro-industrie en het natuurbeheer

waarvoor nog belangrijke stappen dienen te worden gezet naar de ontwikkeling van een kostenefficiënte collectie en bewaring van deze biomassa. Technologie en proces In een aantal gevallen zijn nog belangrijke technologische ontwikkelingen nodig om een waardeketen te kunnen realiseren. Dit is het geval voor de productie van fijnchemicaliën uit suikers, de productie van chemicaliën uit lignine, de omzetting van (afval)gassen in chemicaliën en de technische toepassingen van eiwitten. De hierbij noodzakelijke nog ontbrekende technologiestap is niet steeds dezelfde. Voor lignine en eiwitten is vooral meer onderzoek nodig naar betere ontsluitings- en scheidingstechnologieën, zodat de grondstof geschikt wordt voor omzetting, terwijl voor fijnchemicaliën vooral aan de omzetting vanuit de grondstof

75

zelf (fermentatie, biokatalyse) nog moet gewerkt worden. Voor afvalgassen is dan vooral nood aan kostenefficiënte opzuiverings- en concentratietechnieken en de ontwikkeling van fermentatieve processen op basis van deze gassen. Rol Industriële Biotechnologie in proces Voor de meeste waardeketens is die rol groot, wat een logisch gevolg is van het feit dat deze roadmap focust op IB en dus vooral die waardeketens beschouwd werden waar IB een (substantiële) rol in speelt. Toepassing en markt De snelheid waarmee bepaalde toepassingen en producten effectieve ingang vinden in de markt is verschillend voor de onderzochte waardeketens. De inschatting is dat de marktpenetratie van de fijnchemicaliën het meest complex zal zijn gezien het vaak gaat om nieuwe producten met nieuwe eigenschappen waarbij de markt vaak nog gecreëerd moet worden. Concurrerende waardeketens Praktisch alle waardeketens ondervinden concurrentie van de fossiel-gebaseerde tegenhangers. In het geval van suiker als grondstof is er bovendien concurrentie met de voeding. Er wordt verwacht dat deze concurrentie zal afnemen naarmate de olieprijzen stijgen en de technologie matuurder en, door een gestegen schaalgrootte, goedkoper wordt. 8.9.2 Bespreking van de verschillende waardeketens De productie van fijnchemicaliën uit suikers wordt door velen naar voor geschoven als het meest kansrijke toepassingsdomein voor Industriële Biotechnologie. Redenen hiervoor zijn velerlei. Gezien de veelal lagere productievolumes is deze toepassing minder afhankelijk van de beschikbaarheid van grote hoeveelheden grondstoffen, iets wat in Vlaanderen steeds weer als knelpunt wordt aanzien. Daarenboven zijn de opschalings- en kapitaalkosten lager, en opereert men in

76


markten waar minder grote spelers zijn. Bovendien gaat het om producten met specifieke en unieke eigenschappen die een hoge toegevoegde waarde creëren, en aldus de hogere grondstofprijs compenseren. Bijkomend onderzoek is nodig om deze toepassing verder uit te bouwen, voornamelijk door het ontwikkelen van nieuwe processen of micro-organismen om die nieuwe producten te synthetiseren. De nodige competenties hiervoor zijn aanwezig in Vlaanderen (zie Hoofdstuk 9). Ook de markt voor deze producten dient nog grotendeels ontwikkeld te worden. Ook andere waardeketens vertonen veel potentieel. Zo bijvoorbeeld de productie van 2de generatie suikers uit lignocellulose-houdende grondstoffen. Binnen het VIS-VISIONS project werd heel wat expertise opgebouwd rond de technologie die nodig is om deze biomassa te ontsluiten en de suikers vrij te stellen. Bijkomend werd ook het aanbod van deze stromen in Vlaanderen in kaart gebracht. Momenteel bestaan er echter wereldwijd geen installaties die deze 2de generatie suikers op grote schaal produceren. De vraag naar 2de generatie suikers vanuit de industrie zal echter toenemen in de toekomst, mede bepaald door de “Food versus Fuel” discussie. Kostprijs van deze grondstof is en blijft de belangrijkste factor. Bepaalde internationale bedrijven zijn proactief bezig in dit domein met piloot- en demonstratie-fase onderzoek (echter niet in Vlaanderen), en de inschatting is dat naarmate de industriële processen voldoende schaalgrootte hebben bereikt, en de gekende knelpunten naar biomassalogistiek en -bewaring zijn aangepakt, de markt voor 2de generatiesuikers zich verder zal kunnen ontwikkelen. Vlaanderen kan hierin vooralsnog een voortrekkersrol spelen, voortbouwend op de expertise die ondertussen ontwikkeld werd. Ook de huidige pulpfabrieken kunnen hierin een rol van betekenis spelen gezien zij de nodige expertise hebben voor de ontsluiting van de cellulosevezels en toegang hebben tot grote hoeveelheden grondstof (hout, papierafval). De aanwezigheid van een grootschalige productie-installatie zou de Industriële Biotechnologie en bij uitbreiding de biogebaseerde economie in

Vlaanderen een enorme boost kunnen geven en een aantrekkingspool kunnen vormen voor bedrijven die deze 2de generatie suikers als grondstof willen gebruiken in hun processen. Ondanks hun grotere grondstofbehoefte kan ook de productie van biogebaseerde bulkchemicaliën nog een rol spelen in Vlaanderen. Er is voldoende kennis en expertise hiervoor aanwezig in Vlaanderen, en er zijn ook reeds enkele toonaangevende bedrijven gevestigd, die wereldspelers zijn op de markt van de bulkchemicaliën (ethanol, citroenzuur, melkzuur, iso-glucose). Vooral voor de markt van bioplastics wordt een enorme groei voorspeld in de komende jaren, en het zou goed zijn mocht Vlaanderen hier een graantje van kunnen meepikken. Ook voor de synthese van natuurlijke componenten voor voeding, farmacie of cosmetica via industriële biotechnologische processen is in Vlaanderen voldoende kennis en expertise aanwezig om hier een rol te kunnen spelen. De hoge concentratie van bedrijven actief in de farmaceutische en biotechnologische ontwikkeling van medicijnen in Vlaanderen en bij uitbreiding België kan hier een belangrijke “driver” zijn. Tenslotte zijn er twee waardeketens die nog in de kinderschoenen staan, maar wel veelbelovend zijn naar de toekomst toe en Vlaanderen mee op de kaart kunnen zetten van de biogebaseerde economie: de productie van hoogwaardige materialen en chemicaliën uit lignine en de productie van chemicaliën uit (afval)gassen. De eerste keten gaat samen met de productie van 2de generatie suikers uit lignocellulose-houdende grondstoffen: bioraffinage van hout of andere 2de generatie grondstoffen levert immers enerzijds een suikerstroom op en anderzijds een ligninestroom. Dit biedt enorme opportuniteiten voor de industrie. Zowel in Vlaanderen (via FISCH) als in de regio Vlaanderen-Nederland-NRW (via BIG-C) werd de productie van bioaromaten uit ligninerijke grondstoffen reeds geselecteerd als strategisch thema. Zoals in alle landen met een hoge industriële activiteit, wordt ook in Vlaanderen een enorme hoe-

veelheid afvalgas geproduceerd (CO2, methaan, koolstofmonoxide (CO)), wat momenteel een probleem is, maar door het uitwerken van nieuwe technologie ook een opportuniteit kan zijn. Rond de fermentatie van syngas is in Vlaanderen reeds onderzoek gaande: ArcelorMittal is veruit de grootste producent van hoogovengas in België en voert actief onderzoek naar biotechnologische valorisatie van dit gas in samenwerking met de Bio Base Europe Pilot Plant. De fermentatieve omzetting van gas naar biochemicaliën werd geselecteerd als tweede speerpunt binnen BIG-C. Bovendien werd het bredere thema CO2-gebruik geselecteerd als tweede strategisch thema binnen FISCH. De ketens waar geen evolutie in de scores merkbaar is, zijn de eerder mature waardeketens: de productie van 1ste generatie suikers, de productie van chemicaliën uit oliën en vetten of de toepassing van klassieke fermentatie in de voeding. Het zijn stabiele ketens die reeds hun plaats in de markt hebben en houden, ook zonder bijkomende ondersteuning. Experten wijzen op het feit dat onder meer de hervorming van het Europese suikerquotasysteem een belangrijke stimulans kan betekenen voor de herontwikkeling van het suikerbietenpotentieel in onze regio. Vlaanderen en de omliggende regio’s zitten in de ideale klimaatgordel voor deze teelt die de laatste decennia belangrijke productiviteitswinsten heeft geboekt. Verdere evoluties hierin samen met bijkomende technologische vernieuwingen kunnen volgens deze experten suiker opleveren die als grondstof duurzamer is dan 2de generatie suikers en dit aan een kostprijs die mogelijk compatibel is met bulkproductie van platformchemicaliën41. Tenslotte betreffende de eiwitten: hiervoor zijn de grondstoffen schaars wegens de grote vraag van de voeding en veevoeding. Er zijn opportuniteiten voor het gebruik van eiwitrijke nevenstromen voor technische toepassingen, doch hiervoor is bijkomend onderzoek nodig naar nieuwe ontsluitingstechnologieën en scheidingstechnologieën. Deze expertise bevindt zich voornamelijk in Nederland.

Deloitte (2014). Opportunities for the fermentation-based chemical industry: an analysis of the market potential and competitiveness of North-West Europe.

41

77

9. Tec hnologiedomeinen voor Industriële Biotec hnologie Industriële Biotechnologie is een productietechnologie die deel uitmaakt van een breed vakgebied, dat zowel biologie, microbiologie, biochemie, moleculaire biotechnologie, chemie als procestechnologie omvat. Een goede interdisciplinaire samenwerking is daarom een noodzakelijke voorwaarde voor de verdere ontwikkeling ervan. Binnen deze roadmap werd de volgende indeling van de verschillende technologiedomeinen gehanteerd, gebaseerd op de indeling die gemaakt werd door de werkgroep Industriële Biotechnologie van het Europees “Sustainable Chemistry Technology Platform: SusChem”42: 1. Nieuwe micro-organismen en enzymen 2. Microbiële genetica en werking enzymen 3. Omics en Bioinformatica 4. Metabolic en enzyme engineering, modellering en synthetische biologie 5. Bioprocesontwikkeling voor fermentatie en biokatalyse 6. Downstream processing 7. Upstream processing en proces integratie Elk individueel onderzoeksveld of discipline is van belang voor de ontwikkeling van de Industriële Biotechnologie en industrieel biotechnologische processen. De multidisciplinaire aard van Industriële Biotechnologie stelt dan ook specifieke uitdagingen naar inhoud en samenstelling van het vereiste kennis- en competentiedraagvlak. Hieronder wordt een overzicht gegeven van de academische expertise aanwezig in Vlaanderen voor de verschillende technologiedomeinen van de Industriële Biotechnologie.

www.suschem.org

42

78


Verduidelijking bij de tabellen: • Omschrijving: wat wordt bedoeld met de technologie, wat omvat die precies? • Belang: wat is het belang van de technologie? Voor welke toepassingen/toepassingsdomeinen kan ze ingezet worden? Welke rol vervult ze in de waardeketens? • Status: wat is de situatie m.b.t. O&O in Vlaanderen? Zijn er veel onderzoeksgroepen op bezig? Gaat er veel onderzoeksgeld naartoe? Hoe is de verdeling fundamenteel/ toegepast? • Ontwikkelingen: wat zijn de verwachte ontwikkelingen/doorbraken in 10 – 20 jaar? Wat zijn de “state of the art” onderzoeken die nu lopen in dit domein? In welke mate is Vlaanderen hierbij betrokken (bv. deelname aan internationale projecten)? • Aantal geïdentificeerde onderzoeksgroepen in Vlaanderen: het aantal geïdentificeerde onderzoeksgroepen per technologiedomein, op niveau van de onderzoeksgroep (zie Bijlage 3). Dit aantal is slechts een indicatie voor de hoeveelheid onderzoek die gebeurt in dit domein, aangezien er geen rekening wordt gehouden met het aantal onderzoekers binnen de onderzoeksgroep of met het onderzoeksbudget. Ook zegt dit aantal niks over het expertiseniveau van de betrokken onderzoeksgroepen. Een volledige, objectieve en relatieve analyse van de onderzoekscapaciteit- en excellentie binnen deze domeinen is een noodzakelijke aanvulling, maar was niet mogelijk in het kader van deze roadmap oefening.

9.1 Nieuwe micro-organismen en enzymen Dit technologiedomein omvat de isolatie van nieuwe enzymen, bacteriën, gisten en schimmels met interessante eigenschappen uit diverse biotopen: zoetwater, marien, extreme condities (hoge druk, hoge temperatuur, extreme pH, …). Het maakt gebruik van technieken zoals “metagenomics” en “high throughput screening” technologie ter ondersteuning Nieuwe enzymen en micro-organismen Belang

Status

- Nieuwe ontdekkingen hierin laten toe het gamma aan processen uit te breiden waar enzymen en micro-organismen gebruikt kunnen worden.

- Binnen Vlaanderen zijn verschillende onderzoeksgroepen actief in het isoleren van nieuwe micro-organismen.

Ontwikkelingen technologie tot 2030 - Steeds betere “high throughput” kruisingstechnologieën, onder andere via robotica

- Vlaanderen is rijk aan een grote collec- - Steeds betere “high throughput” tie micro-organismen die taxonomisch screeningstechnologieën , onder andere via “lab on a chip” (microfluidica) volledig in kaart is gebracht.De BCCM/ LMG Bacterial Culture Collection aan de Universiteit van Gent beschikt over een - Exploratie van originele niches (extreme habitats, symbionten) collectie van 64.000 getaxonomeerde - Door het beschikbaar komen van stammen (schimmels, bacteriën, gisten, meer geschikte micro-organismen of plasmiden en diatomeeën) en nog eens - Studie van niet-kweekbare micro-organismen (via metagenomica) enzymen kan de rendabiliteit van indu60.000 op heden niet onderzochte striële processen verhoogd worden. stammen. - Experimentele evolutie - Een brede waaier aan beschikbare - In alle takken van biotechnologisch onenzymen opent mogelijkheden naar het derzoek (medisch, planten, industrieel, testen van nieuwe enzymcombinaties. milieu, …) worden enzymen sporadisch Het gebruik van complexe enzymcockgeïsoleerd en gekarakteriseerd. tails is één van de grote uitdagingen - Voor zover bekend is er geen enkel lavoor de conversie van biomassa naar boratorium binnen de kennisinstellingen producten met hoge toegevoegde dat zich specifiek toelegt op de isolatie waarde. en karakterisatie van enzymen voor gebruik in industriële toepassingen. - Een groter aanbod aan nieuwe enzymen vereenvoudigt de zoektocht naar het meest geschikte en duurzame enzym voor een bepaalde toepassing.

- 70% van de industriële enzymen worden door Europese bedrijven gemaakt, waarvan één ervan ook in Vlaanderen gevestigd is (Dupont/Genencor). Belang voor de waardeketens: - Nieuwe micro-organismen en enzymen kunnen een belangrijke impuls geven aan het economisch haalbaar maken van de waardeketens uitgaande van nevenstromen, die momenteel nog grotendeels in de kinderschoenen staan. Vaak is hierbij de kostprijs/efficiëntie van het enzym een struikelblok.

Hoewel in Vlaanderen dus een enorm potentieel aan nieuwe micro-organismen en enzymen aanwezig is, worden geen structurele middelen voorzien om mogelijke speciale functionaliteiten te exploreren.

- Meer specifiek gaat het hierbij om de ontsluiting van lignocelluloserijke nevenstromen en de omzetting van gassen naar chemicaliën via fermentatie.

Aantal geïdentificeerde onderzoeksgroepen in Vlaanderen: 14

79

9.2 Microbiële genetica en werking enzymen Microbiële genetica omvat de studie van de genetische code die aan de basis ligt van micro-organismen, inclusief het daaraan gekoppelde expressiesysteem (fenotype) en de processen die daarbij plaatsvinden. Er wordt hierbij een beroep gedaan op technieken zoals “sequencing”, “genomics”, biochemie en “marker assisted breeding”. Een belangrijke stap naar het optimaliseren van enzymen is de opheldering van de ruimtelijke structuur. Kennis over de driedimensionale opvouwing van de peptideketen van een enzym is de belangrijkste stap naar het begrijpen van de werking van het enzym tot op atomair niveau. Technieken zoals NMR, kristallografie en X-stralen diffractie zijn hiervoor essentieel. Op basis van het inzicht in de structuur-functie relatie van een enzym kunnen er op rationele wijze specifieke eigenschappen gewijzigd worden (“rational protein design”). Het is echter niet altijd nodig of wenselijk om de ruimtelijke structuur van een enzym op te helderen. Nieuwere technieken zoals “gene shuffling”, “random mutagenesis”, “site saturation mutagenesis”, “directed evolution”, enz., in combinatie met geautomatiseerde screeningsmethoden, stellen ons nu al in staat om eigenschappen toe te kennen aan enzymen zonder te beschikken over de ruimtelijke structuur of goed inzicht te hebben in de werking ervan. Belang

Status

- Een beter inzicht in de genetica van - Genetica en moleculair biologie zijn micro-organismen zal ons in staat stellen basisvaardigheid geworden in biotechde wenselijke “pathways” in het metabo- nologische laboratoria. lisme aan te passen aan de noden van - Binnen het Vlaamse kennislandschap industriële productieprocessen zijn een dertigtal onderzoeksgroepen - Het verwerven van inzicht in de goed onderlegd in de genetica van structuur-functie relatie van enzymen micro-organismen. is niet alleen een hulpmiddel bij het - Een 20-tal laboratoria hebben expertise verbeteren van enzymeigenschappen, in het bestuderen van de werking van maar is vooral relevant om nieuwe enzymen. reactiemogelijkheden van bestaande enzymen te identificeren die dan leiden - Daarnaast zijn vooral “proteomics” en tot nieuwe toepassingen. metaboloom analyse in opkomst.

Ontwikkelingen technologie tot 2030 - Studie naar de functie van genetische elementen, regulatoren, nieuwe pathways,… (fundamenteel) - Studie van interspecies hybrieden (zowel als tool in genetische analyse als engineering voor industriële toepassingen) - Genetische analyse van complexe eigenschappen (wordt beter mogelijk door ontwikkelingen in bioinformatica) - Genetische analyse van industriële micro-organismen - Het ontwerpen van “high throughput” screeningsmethoden om nieuwe activiteiten en (stereo)selectiviteiten van enzymen vast te stellen

Belang voor de waardeketens: - Deze technologie komt niet rechstreeks tussen in de waardeketens, maar is een noodzakelijke stap om te komen tot Metabolic Engineering en Modellering, een andere technologie die dan weer noodzakelijk is om het gamma aan producten dat kan gemaakt worden via IB of grondstoffen waarvan kan vertrokken worden uit te breiden.

Aantal geïdentificeerde onderzoeksgroepen in Vlaanderen: 17 + 14

80


- Zoektocht naar nieuwe technieken (toestellen) om biokatalysatoren beter te kunnen bestuderen.

9.3 -Omics en bioinformatica “-Omic” technologieën hebben tot doel de grote verzameling van biologische moleculen die instaan voor de structuur, de functie en de werking van een (micro)organisme collectief te karakteriseren en te kwantificeren. De belangrijkste daarbij zijn: “Genomics”: de studie van het genoom, het erfelijk materiaal van een organisme “Transcriptomics”: het kwantificeren van de mate waarin de genen van een organisme tot expressie komen “Proteomics”: technologie die de werking en het metabolisme van organismen analyseert op het niveau van de geproduceerde eiwitten “Metabolomics”: technologie die de metabolieten in kaart brengt die een organisme aanmaakt Kenmerkend is dat al deze “-Omics” grote hoeveelheden data genereren. Een belangrijke uitdaging zit in het integreren van al deze data, wat gebeurt in de bioinformatica. Bioinformatica is een interdisciplinair onderzoeksdomein dat in het scheidingsgebied van biologie, biochemie en computationele wetenschappen gelegen is. Het ontwikkelt methoden en software voor het bewaren, terugvinden, organiseren en analyseren van biologische data. Een toepassingsdomein hiervan is “systems biology” of systeembiologie, een wetenschap die gebruik maakt van bioinformatica om interacties tussen de componenten van een biologisch systeem te bestuderen en te bepalen hoe deze interacties specifieke eigenschappen veroorzaken. Belang

Status

- Bioinformatica stelt ons in staat via - De standaard bioinformatica tools “data mining” nieuwe enzymen te iden- worden in vele laboratoria steeds vaker tificeren in de steeds groter wordende gebruikt. set micro-organismen waarvan de - Naast het gebruik van bioinformatica in genetische code al opgehelderd is. het onderzoek, zijn er ook een aantal - Een beter inzicht in de genetica van laboratoria actief in het ontwikkelen en micro-organismen zal ons in staat het gebruik van nieuwe bioinformatica stellen de wenselijke “pathways” in tools en technieken met het oog op het het metabolisme aan te passen aan de integreren van de veelzijdige data, of noden van industriële productieprocessysteembiologie van micro-organismen. sen

Belang voor de waardeketens: - Deze technologie wordt niet rechtstreeks toegepast in de waardeketens, maar is noodzakelijk voor de verdere ontwikkeling van “metabolic engineering” en modellering, een andere technologie die dan weer noodzakelijk is om het gamma aan producten dat kan gemaakt worden via IB of grondstoffen waarvan kan vertrokken worden, uit te breiden.

Ontwikkelingen technologie tot 2030 - Meer predictieve modellen (nu vooral analytisch) - Schaalverkleining (steeds kleinere stalen nodig voor analyses) - Ontwikkeling van meer gebruiksvriendelijke programma’s die interdisciplinaire samenwerking tussen bioinformatici en andere onderzoekers vergemakkelijken - “Single cell metabolomics” en nietdestructieve “metabolomics” Vlaanderen heeft voldoende en kwaliteitsvolle expertise (state of the art), maar is zelf geen koploper in metabolomics (versus ZW, USA, DE,…)


81

9.4 Metabolic en enzyme engineering, modellering en synthetische biologie “Metabolic engineering” omvat het veranderen van het metabolisme van bacteriën, gisten en schimmels om nieuwe producten te maken, nieuwe processen uit te voeren of de efficiëntie van toepassingen te verhogen. “Metabolic engineering” gebruikt moleculair genetische technieken om genetische modificaties aan te brengen. Op gerichte wijze kunnen micro-organismen gemaakt worden met verbeterde opbrengsten, of zelfs totaal nieuwe eigenschappen. Bij “enzyme engineering” worden dezelfde moleculair genetische technieken gebruikt om een aantal eigenschappen van enzymen gericht te wijzigen zoals oplosbaarheid, stabiliteit, optimale pH en temperatuur, zoutgevoeligheid enz. zodat ze beter geschikt worden voor gebruik in een industriële omgeving. Synthetische biologie gaat nog een stapje verder en omvat het ontwerpen en bouwen van nieuwe biologische onderdelen, apparaten en systemen die niet in de natuur voorkomen alsmede het herontwerpen van bestaande biologische systemen om specifieke taken te verrichten. Het opstellen van modellen tenslotte laat toe het gedrag en de activiteiten van deze nieuwe organismen te beschrijven en eventueel te voorspellen. Belang

Status

- De ontwikkelingen binnen “metabolic - Binnen Vlaanderen bezitten een twaalftal engineering” leiden tot een beter inzicht laboratoria relevante expertise in dit veld. in de moleculaire aspecten van het Vier laboratoria leggen zich toe op engineering van industrieel relevante micrometabolisme van micro-organismen en organismen. Slechts één laboratorium de mogelijkheid om gericht en specifiek legt zich specifiek toe op het modelleren in te grijpen in de werking van de cel. van het metabolisme én “metabolic engiZo kunnen micro-organismen gemaakt neering”. worden die beter aangepast zijn aan industriële omstandigheden of in staat zijn volledig nieuwe producten aan te maken. - Slechts één labo is actief op het gebied van optimalisatie van biokatalysatoren - Onderzoek in “enzyme engineering” met behulp van evolutionaire technieken (“gene shuffling”, “directed evolution”, …). maakt het mogelijk gericht en efficiënt bestaande enzymen aan te passen aan de specifieke noden van een industrieel - Twee onderzoeksgroepen zijn actief in synthetische biologie proces. Met behulp van deze technologie kan het gamma aan enzymen voor industriële toepassingen snel uitgebreid - Hoewel het aantal laboratoria in dit domein eerder beperkt is, is het expertiworden. seniveau wel hoog. - Het gebruik van computermodellen stelt ons in staat om te bepalen welke wijzigingen aangebracht moeten worden in het DNA van micro-organismen om een specifieke eigenschap te bekomen. - Het veld van “metabolic engineering” en “metabolic modelling” is nog in volle ontwikkeling. Het is echter een beloftevolle discipline die ons in staat kan stellen om snel en efficiënt industrieel relevante productiestammen te creëren met de gewenste metabolische eigenschappen. - Ook de verwachtingen voor synthetische biologie zijn hooggespannen, al staat die technologie nog in de kinderschoenen.

Ontwikkelingen technologie tot 2030 - Genetische modificatie van steeds meer verschillende soorten microorganismen (bv. gisten, schimmels) - Overgang naar volledige synthetische systemen (in silico ontwerp, microorganismen creëren van nul) - Het creëren van niet-natuurlijke specificiteit (iets volledig nieuws maken naar het voorbeeld van de natuur) - Focus van de pathway verschuift van bulk naar fijnchemie: speciale metabolieten ipv plant metabolieten (flavonoiden, terpenoiden, alkaloiden, fenolische zuren, antibiotica, polyketiden) - Meer robuust maken van microorganismen voor industriële omgeving (lage PH, hoge P en T,…) - Trend naar rationalisering: a priori uitzoeken hoe een micro-organisme moet veranderd worden (integratie met microfluidica, nanobiotechnologie, “protein engineering”,…) - Natuurlijke selectie via “directed evolution”: laat micro-organismen zichzelf modificeren, en screen nadien (= omgekeerde van rationalisering) - co-culturen (fermentatie met 2 microoragnismen die elk een stap uit de “pathway” uitvoeren, voordelig bij bv. toxische intermediairen) Behalve voor het laatste aspect wordt

82


Belang

Status

Ontwikkelingen technologie tot 2030 op alle andere onderzoek in Vlaanderen uitgevoerd. Specifiek voor synthetische biologie: Hoewel het onderzoek in eerste instantie werd gedomineerd door Amerikaanse wetenschappers, zijn er tegenwoordig ook actieve Europese onderzoeksgroepen. In Vlaanderen zijn 2 groepen actief in dit domein.

Belang voor de waardeketens: - Deze technologie is noodzakelijk is om het gamma aan producten dat kan gemaakt worden via IB of grondstoffen waarvan kan vertrokken worden uit te breiden. - De technologie kan een belangrijke doorbraak betekenen voor de waardeketens waar lignocellullose of gassen worden omgezet, of waar chemicaliën worden gemaakt uit suikers of lignine.


83

9.5 Bioprocesontwikkeling voor fermentatie en biokatalyse Het hart van een industrieel biotechnologisch proces wordt meestal gevormd door ofwel fermentatie (conversie via micro-organismes) ofwel biokatalyse (conversie via enzymen). Hoewel de basistechnologie voor fermentatie in concept doorheen de laatste decennia weinig veranderd is, blijkt toch dat een grondig inzicht in fermentatiewetenschap noodzakelijk is om de hieraan gekoppelde processen te ontwerpen en te optimaliseren. De bioprocesontwikkeling voor deze stap bevindt zich op het kruispunt tussen biotechnologie, chemie en chemische ingenieurstechnieken. Onder bioprocesontwikkeling wordt verstaan het aanpassen en optimaliseren van de verschillende procesparameters, het reactordesign, proces modellering, proces sturing via bijvoorbeeld “online sensoring” en automatisering. Bioprocesontwikkeling is de noodzakelijke stap tussen de ontdekking of engineering van een nieuw micro-organisme of enzyme en het gebruik ervan in een industrieel proces. Bioprocesontwikkeling gaat dus eigenlijk over een eerste opschalingsstap van laboschaal (proefbuis, erlenmeyer) naar bioreactorschaal. Belang

Status

- Expertise en infrastructuur specifiek voor - Bioprocesontwikkeling zal meer of de bioprocesontwikkeling zelf is aanwezig minder uitdagingen kennen naargelang het disruptief karakter van de in een aantal onderzoeksgroepen. Hun bioconversie zelf. Optimalisaties van sterkte is afhankelijk van de mate van micro-organismen of enzymen vergen samenwerking met enerzijds de genetici/ waarschijnlijk enkel optimalisaties van biotechnologen en anderzijds de industriële gebruikers van de processen. procesparameters, terwijl totaal nieuwe bioconversies van nieuwe substraten - Expertise en infrastructuur voor opschaling naar nieuwe producten een volledig naar pilootschaal is aanwezig in de Bio nieuw procesdesign zullen vergen. Base Europe Pilot Plant. - Bioprocesontwikkeling kan ons in staat - Er is een belangrijke kans voor meer stellen nieuwe processen te ontwikkelen en producten te maken met hoge samenwerking tussen de biotechnologen enerzijds en de bioprocesontwikkelaars toegevoegde waarde. anderzijds. - Nieuwe en onconventionele reactorontwerpen bieden voor bepaalde toepas- - Er is expertise in de verschillende toepassingen een belangrijke potentiële meer- singsdomeinen, van brouwerij, bakkerij en andere voedingstoepassingen over waarde. Het gebruik van andere media fijnchemicaliën tot zowel eerste als tweede en grondstoffen biedt een belangrijk generatie bioethanol. potentieel naar het valoriseren van alternatieve hernieuwbare grondstoffen - Daarnaast zijn in een groot aantal kennisinen afvalstromen. stellingen en onderzoeksgroepen kleinere fermentoren beschikbaar die vooral in het kader van onderzoek gebruikt worden, bijvoorbeeld voor de kweek van starterculturen en de productie van recombinante eiwitten, antilichamen, vaccins, … Echter hier ligt de nadruk niet op de ontwikkeling van een fermentatieproces voor een industrieel biotechnologische toepassing. Belang voor de waardeketens:

- Er is een tekort aan faciliteiten die voldoende hoeveelheden enzymen kunnen produceren voor onderzoek en ontwikkeling.

- Dit kennisdomein is van cruciaal belang voor de industriële implementatie van elke waardeketen voor Industriële Biotechnologie.


84


Ontwikkelingen technologie tot 2030 - Nieuwe en onconventionele reactorontwerpen, onder andere met nieuwe materialen - Koppeling met online metingen, automatisering - Modellering voor makkelijkere opschaling - Verhoging performantie door omschakeling naar continue processen, hiervoor is controle van steriliteit noodzakelijk - Gasvormige fermentaties (gas als grondstof of als product, vb. CO2 als grondstof of de productie van ethyleen) - “High density brewing” (fermentaties aan hogere densiteit substraat, zowel in brouwerij als in bioethanol) - Stabilisatie en immobilisatie van microorganismen en enzymen In Vlaanderen wordt op al deze aspecten onderzoek gedaan, maar door een eerder beperkt aantal onderzoeksgroepen.

9.6

Downstream processing

In de processtappen downstream van de bioconversie dient het gewenste product gerecupereerd en opgezuiverd te worden. Technieken zoals centrifugatie, distillatie, filtratie, droging, kristallisatie en chromatografie behoren tot het domein van de downsteam processing. Voor dit kennisdomein is een complementaire expertise met chemische proces- en ingenieurstechnieken vereist. Belang

Status

Ontwikkelingen technologie tot 2030

- Downstream processing (DSP) is typisch verantwoordelijk voor 50-70% van de totale productiekost (exclusief grondstofkost).

- Enkele onderzoeksgroepen actief in scheidingstechnologieën waaronder membraantechnologie, electroseparatie en milde extractie.

DOELEN

- Wegens de grote variatie in producten die gemaakt worden via Industriële Biotechnologie, is de downstream processing vaak heel specifiek en procesgerelateerd.

- Duidelijke expertise in dit domein (vnl. bij chemische onderzoeksgroepen), maar minder ervaring met toepassingen voor bioprocessen

- Reductie van het aantal DSP stappen - Reductie van het gebruik van chemicaliën - Hogere materiaal-efficiëntie, minder afval

- Reductie van energie en kost - Kansen voor samenwerking tussen - Aan deze stap wordt vaak nog te weiexpertisedomein IB (fermentatie en NOODZAKELIJKE INNOVATIES nig belang gehecht in de bioprocesontbiokatalyse) en de chemie-georiënteerde wikkeling. onderzoeksgroepen nog vaak onderbe- Innovatieve scheidingstechnieken nut op basis van functionaliteiten, zoals nieuwe membranen - In situ “product recovery” Belang voor de waardeketens: - Dit kennisdomein is van cruciaal belang voor de industriële implementatie van elke waardeketen voor Industriële Biotechnologie. Het is vaak bepalend voor de economische haalbaarheid van het proces.

- Milde en gerichte disruptie- en scheidings-technologieën - Nieuwe extractie technologieën, bijvoorbeeld met nieuwe solventen - Hybride technologieën, bijvoorbeeld reactieve extractie of membraan distillatie

Aantal geïdentificeerde onderzoeksgroepen in Vlaanderen : 8

85

9.7 Upstream processing en procesintegratie Ook de processtappen upstream van de bioconversie zijn een essentieel onderdeel van het bioproces. Dit houdt onder andere voorbehandeling in van de vele verschillende soorten substraten die gebruikt worden in bioprocessen. Bovenop de noodzaak aan kennis en expertise over de verschillende opeenvolgende processtappen in een bioproces (upstream – fermentatie of biokatalyse – downstream), is er ook een belangrijk expertisedomein rond de procesintegratie, dat dus inherent multi-disciplinair is. Procesintegratie vereist een gedegen kennis in de mogelijkheden en beperkingen van biologische systemen, maar daarnaast is ook complementaire expertise met chemische proces- en ingenieurstechnieken vereist.

Belang

Status

Ontwikkelingen technologie tot 2030

- Het gebruik van biologische processen in industriële omgeving en integratie ervan met conventionele chemische processen stelt specifieke uitdagingen. Het is van doorslaggevend belang voor een succesvolle introductie van een nieuw proces in de industrie, dat de chemische processtappen en het biokatalytische/biotechnologische proces goed in elkaar geïntegreerd zijn.

- Enkele onderzoeksgroepen met expertise in dit domein, die meestal gericht is op de integratie van enkele specifieke processtappen, bijvoorbeeld voorbehandeling met bioconversie, of bioconversie met downstream processing.

DOELEN

- Omwille van de vele soorten substraten die gebruikt kunnen worden in een bioproces, is ook voorbehandeling van deze substraten een belangrijk ontwikkeldomein.

- Meestal geen gecombineerde expertise en apparatuur voor het gehele bioproces. Integratie van het volledige bioproces slechts beperkt aanwezig. Op pilootschaal wel sterkte door de Bio Base Europe Pilot Plant.

- Focus op modellering en design of op specifieke toepassingsdomeinen waar- Dit kennisdomein is van cruciaal belang onder voeding, milieu, fijn- en bulkchevoor de industriële implementatie van mie en biomaterialen elke waardeketen voor Industriële Biotechnologie.

- Reductie van het aantal stappen - Verhogen van de opbrengst - Reductie van de kost NOODZAKELIJKE INNOVATIES - Nieuwe fractionatie- en voorbehandelingsmethodes (enzymatisch, mechanisch) - Nieuwe analytische methodes (volledige karakterisatie-platformen) - Doorbraken in bioraffinage als concept (processen die rekening houden met valorisatie van alle componenten) - Proces Modellering - SSF (“Simultaneous saccharification and fermentation”) - Integratie van enzymproductie, bijvoorbeeld via CBP (“Consolidated bioprocessing”) - In situ “product recovery” (onder andere voor voorkomen product inhibitie) - Uitwerken watergebruik en hergebruik - Recuperatie nevenstromen en biokatalysatoren - “Downscaling” van bepaalde reacties (van batch naar continu) - “Telescoping” (overslaan van de scheidingsstappen)


86


10. Inkoppeling met Europese programma’s Horizon 2020

- Grootste EU Onderzoeks- en Innovatie-programma ooit, met bijna 80 miljard € subsidies beschikbaar over 7 jaar (2014 – 2020) - De implementatie van het “Europe 2020” “flagship initiative” “Innovation Union” - Onderzoek en Innovatie worden met elkaar gekoppeld, nadruk ligt op excellente wetenschap, industrieel leiderschap en het aanpakken van de grote maatschappelijke uitdagingen Doelstellingen - Het verzekeren van de globale competitiviteit van Europa

Thema’s met relatie tot IB Geplande calls binnen deze thema’s

IB als thema terug te vinden binnen de 3 pijlers van Horizon 2020, zowel binnen “Excellent - Een drijver zijn voor Research” (European slimme, duurzame en Research Council (ERC), inclusieve economische Future & Emerging Techgroei en jobcreatie nologies (FET), Marie Curie actions) als onder - Het produceren van “Industrial Leadership” excellente wetenschap, (Leadership in Enabling het wegwerken van bar- & Industrial Technologies) rières voor innovatie en als onder “Societal Chalhet makkelijker maken lenges” (Food security, voor private en publieke sustainable agriculture, sectoren om samen te forestry, marine, maritime, innoveren inland water and bioeconomy; Secure, clean and efficient energy; Climate action, environment, resources efficiency and raw materials)

Analyse beperkt tot programma onderdeel “Societal challenges” FOOD SECURITY, SUSTAINABLE AGRICULTURE, FORESTRY, MARINE, MARITIME, INLAND WATER AND BIOECONOMY - Call for Sustainable Food Security (SFS) • Sustainable food production systems • Safe food and healthy diets and sustainable consumption Upcoming calls SFS7B-2015, SFS8-2015 - Call for Blue Growth: unlocking the potential of seas and oceans • Sustainably exploiting the diversity of marine life - Call for an Innovative, Sustainable and Inclusive Bioeconomy (ISIB) • Sustainable and competitive bio-based industries • Cross cutting actions Upcoming calls ISIB-12B,C,D,E,F-2015, ISIB-6-2012 - Fast track to innovation – pilot SECURE, CLEAN AND EFFICIENT ENERGY - Call for Competitive and Low-Carbon Energy (LCE) • Sustainable biofuels and alternative fuels for the European transport fuel mix Upcoming calls LCE11,12,13,14,15 CLIMATE ACTION, ENVIRONMENT, RESOURCES EFFICIENCY AND RAW MATERIALS - Call for Waste: a resource to recycle, reuse and recover raw materials (WASTE) Upcoming calls WASTE-6-2015, WASTE-7-2015

87

SPIRE

- Een Europese contractuele Publiek-Private Samenwerking voor innovatie in grondstof- en energie-efficiëntie voor de processing industrie (cement, keramiek, chemie, engineering, metalen, mineralen, staal en water) - De topics en calls van SPIRE zijn terug te vinden als een apart programma onder Horizon 2020 en zijn gebaseerd op de SPIRE roadmap Doelstellingen


- Het ontwikkelen van Link met IB via de “Key - Calls 2014 met één thema over “renewables as “enabling” technologieComponent Feed”, waar flexible feedstock” gesloten ën en oplossingen over onder andere wordt ingezet op valorisatie van - Geplande call 2015 enkel indirecte link met de hele waardeketen, organisch afval en van die nodig zijn voor een biomassa/”renewables” duurzame biomassa lange termijn duurzaamheid op vlak van competitiviteit, milieu en - Key Action 1.2: Optimal valorisation of waste tewerkstelling in Europa and sides streams as - Ambities voor 2030: feed reductie van de fossiele - Key Action 1.4: Advanenergie-intensiteit met cing the role of sustaina30% en reductie van ble biomass/renewables niet-hernieuwbaar, prias industrial raw material mair grondstofverbruik met 20%

Bio-Based Industries (BBI) Joint Undertaking

- Een Publiek-Private Samenwerking tussen de EU en het BBI Consortium van 3,7 miljard € - Opereert onder Horizon2020, met een aparte Strategische Research en Innovatie Agenda en aparte calls - Omvat de volledige innovatieketen: funding opportuniteiten voor zowel R&D projecten als demo en flagship projecten (nieuwe innovatieve productieplants) Visie: • Van fossiel-gebaseerde naar biogebaseerde producten “Made in Europe” • Nieuwe markten voor een grondstoffen-efficiënte en lage-koolstof economie Doelstellingen - Het potentieel van afval en van landbouw- en bosbouw-nevenstromen ontwikkelen

Thema’s met relatie tot IB IB is een Key Enabling Technology in elk van de vijf waardeketens waarrond gewerkt wordt

1/ Converting lignocel- Het inkomen van landbouwers diversifiëren en lulose into advanced laten stijgen met 40% biofuels, biobased chedoor bijkomende marges micals & materials op bestaande residuen 2/ Creating new and innovative forest-based - Minstens 30% van de value chains olie-gebaseerde chemicaliën en materialen 3/ Establishing the next vervangen door biogegeneration agro-based baseerde en bioafbreekvalue chains bare producten tegen

88


Geplande calls binnen deze thema’s Eerste call van 50 miljoen € met deadline op 1510-2014 voor volgende topics : - BBI.VC1.R1: Efficient pre-treatment of lignocellulosic feedstock to advanced biobased chemicals and biomaterials - BBI.VC2.R2: New sustainable pulping technologies - BBI.VC2.R3: New products from sustainable cellulose pulp exploitation - BBI.VC3.R6: Fermentation processes to obtain biosurfactants and specialty carbohydrates from agricultural and agro-industrial streams - BBI.VC3.R7: Protein products from plant residues

2030 - Een competitieve biogebaseerde infrastructuur in Europa creëren en job creatie stimuleren, waarvan 80% in rurale gebieden

4/ Investing in emerging value chains from (organic) waste 5/ Improving the integration of energy, pulp & chemicals in biorefineries

- Biogebaseerde producten afleveren die vergelijkbaar zijn met of superieur aan fossielgebaseerde producten op vlak van prijs, performantie, beschikbaarheid en milieu-voordeel

- BBI.VC3.R8: Bioactive compounds from meso-organism’s bioconversion - BBI.VC4.R9: Valuable products from heterogeneous biowaste streams - BBI.VC4.R10: Nutrient recovery from biobased waste streams and residues - BBI.VC1.D1: Lignocellulosic residues to (di)carboxylic acids, diols and polyols - BBI.VC1.D2: Chemical building blocks and valueadded materials through integrated processing of wood - BBI.VC2.D3: Advanced products from lignin and cellulose streams of the pulp and paper industry

- Deze nieuwe biogebaseerde producten zullen gemiddeld 50% minder CO2-emissies veroorzaken dan hun fossiel-gebaseerde alternatieven

- BBI.VC3.D4: Functional additives from residues from the agro-food industry - BBI.VC4.D5: Cost efficient manure valorisation on large scale - BBI.VC3.F1: Added value products from underutilised agricultural resources - BBI.VC2.R4: Fibres and polymers from lignin - BBI.VC2.R5: Sugars from effluents of the pulping process and discharged fibres

ERA-Net en EUROSTARS

- ERA-Net is een Europees subsidie-instrument dat de samenwerking en coördinatie wenst te bevorderen tussen de verschillende financieringsprogramma’s ter ondersteuning van onderzoek en innovatie van de Europese lidstaten, via gemeenschappelijke onderzoeksprogramma’s (gefinancierd door de lidstaten). - EUROSTARS is een Europees subsidie-instrument ter ondersteuning van O&O-uitvoerende KMO’s Doelstellingen


- Vlaanderen is via IWT partner in ERA-IB. ERAIB wil een bijdrage leveren aan een Europese op kennis gebaseerde bioeconomie, door fragmentatie in onderzoek tegen te gaan, kennis over de grenzen heen te verspreiden en gezamenlijke projecten te zoeken.

- Alle thema’s binnen ERA- - De zesde oproep voor ERA-IB loop tot 21/02/2015 IB, onder andere omzet- Continue indiening van project-ideeën voor consorting van nevenstromen, tia van minstens twee KMO’s uit twee verschillende ontwikkeling van nieuwe landen voor het EUROSTARS programma enzymen en micro-organismen, modellering en optimizatie van bioprocessen, ontwikkeling van nieuwe eigenschappen en materialen

- EUROSTARS wil Europese KMO’s helpen innoveren en internationaal concurreren

- EUROSTARS schuift zelf geen thema’s naar voor

89

Europese Structuurfondsen (EFRO) en Europese InvesteringsBank (EIB)

- De Europese Structuurfondsen vormen samen met het Cohesiefonds het instrument van de EU om haar regionale beleid te ondersteunen. Er zijn twee soorten Europese Structuurfondsen: het EFRO (Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling) en het ESF (Europees Sociaal Fonds) - De EIB is een “Risk-sharing Finance Facility (RSFF)” dat dienst doet als instrument dat leningen en garanties verleent voor investeringen in onderzoek en innovatie

Doelstellingen - De Europese Structuurfondsen hebben drie doelstellingen: 1/ convergentie 2/ regionale competitiviteit en tewerkstelling en 3/ Europese territoriale samenwerking - EFRO heeft als doel een versterking van onderzoek, technologische ontwikkeling en innovatie door verbetering van de infrastructuur voor O&I, bevordering van bedrijfsinvesteringen in O&I en ondersteuning van technologisch en toegepast onderzoek, proefopstellingen, maatregelen voor snelle productvalidatie, geavanceerde productiecapaciteit en eerste productie

Thema’s met relatie tot IB Geplande calls binnen deze thema’s - EFRO focust op alle KETs inclusief IB

- Er zijn momenteel geen lopende projectoproepen - EFRO Investeringen voor de regionale projecten binnen prioriteit 1 (Kendienen te passen binnen niseconomie en innovatie) en prioriteit 2 (Ondernede Slimme Specialisatie merschap) van EFRO Strategie van de regio’s - Akkoord tussen EC en EIB om durfkapitaal ter beschikking te stellen voor investeringen in de KETs (sinds 2013)

- Doel van de EIB is onderzoek en ontwikkeling stimuleren in de private sector en zo een brug bouwen tussen onderzoek en innovatie

90

- Binnen EFRO zijn er twee soorten projecten: regionale projecten en interregionale projecten (Interreg)


- De interregionale programma’s werken meestal met een systeem van periodieke projectoproepen (ongeveer 2 keer per jaar). Enige uitzondering hierop is Grensregio Vlaanderen Nederland dat een systeem van continue indiening van projectideeën hanteert. - Niet van toepassing voor de EIB

BIG-C

- Bioinnovation growth mega-cluster - Een interregionaal slimme specialisatie initiatief tussen Nederland, Noordrijn-Westfalen en Vlaanderen met als doel de krachten te bundelen voor de transitie van de megacluster ARRR naar hernieuwbare grondstoffen Doelstellingen


- Een hefboomeffect creëren op nationale, regionale en Europese programma’s, om zo tot daadwerkelijke bio-innovaties te komen

IB is een Key Enabling Technology in elk van de vier waardeketens (“Feedstock to Product Value chains of FPV’s) waarrond gewerkt wordt

- BIG-C organiseert geen project calls, maar creëert een hefboom voor projecten die al dan niet gesteund worden binnen andere programma’s

- Via de implementatie 1/ From green (lignocelvan duurzame “flagship” lulosic) resources to waardeketens, van grond- biobased chemicals, stof tot en met eindpromaterials and advanced duct biofuels - De economie versterken door verder te bouwen op de 4 pijlers van competitiviteit

2/ The next generation agro-based value chains 3/ New value chains from organic side streams 4/ CO2 and exhaust gases to chemicals

91

11. Conclusies en actielijnen

Het domein van de Industriële Biotechnologie en de biogebaseerde economie is een snel evoluerend domein dat tal van opportuniteiten biedt voor een slimme specialisatie van Vlaanderen. Er is in Vlaanderen reeds een aanzienlijke specialisatie voor Industriële Biotechnologie, zoals blijkt uit de patentanalyse die werd uitgevoerd in samenwerking met ECOOM, en die gebaseerd is op een selectie van patent-klassen relevant voor het domein van de Industriële Biotechnologie. Het aantal patenten dat in Vlaanderen wordt aangevraagd in dit domein ten opzichte van het totaal aantal aangevraagde patenten is groter dan het gemiddelde in Europa en in de rest van de wereld. Het gaat daarbij zowel over patenten aangevraagd door onderzoeksinstellingen als over patenten aangevraagd door bedrijven. Bovendien konden we vaststellen dat Vlaanderen belangrijke onderzoekscompetenties heeft in alle technologiedomeinen binnen de Industriële Biotechnologie. Het komt er nu op aan deze uitgebouwde expertise niet te laten verloren gaan maar te gebruiken om onze eigen industrie te innoveren, zodat nieuwe goederen en diensten kunnen ontwikkeld worden, rekening houdend met de maatschappelijke uitdagingen. Naast de aanwezigheid van sterke onderzoeksgroepen in het domein, is Vlaanderen ook sterk op vlak van industrie en logistiek. De belangrijke chemische industrie en de sterke logistiek met de Havens van Gent en Antwerpen, spelen daarbij een sleutelrol. Het inzetten op Industriële Biotechnologie en andere biogebaseerde processen kan inspelen op de toenemende vraag naar nieuwe producten met mogelijk nieuwe eigenschappen en op de noodzaak tot het verduurzamen en efficiënter maken van industriële processen. Deze evolutie kan daarbij rekenen op

92


een toenemende interesse vanuit de chemische industrie en een toenemende vraag naar biogebaseerde producten vanuit de markt, en biedt opportuniteiten voor het creëren van nieuwe waardeketens. De binnen deze roadmap uitgewerkte waardeketens bieden potentieel om een duurzame biogebaseerde economie in Vlaanderen te ontwikkelen, en de reeds opgebouwde expertise te verankeren door diversificatie bij bestaande bedrijven of de bouw van nieuwe productie-eenheden. Uit de talrijke bevragingen van de stakeholders kunnen vier waardeketens als meest kansrijk voor Vlaanderen gezien worden. De eerste twee zijn kansrijk op korte tot middellange termijn, de volgende twee zijn kansrijk op middellange tot lange termijn. Een eerste kansrijke waardeketen op korte tot middellange termijn is de productie van fijnchemicaliën uit suikers en zetmeel en eventueel andere hernieuwbare grondstoffen. De productie van chemicaliën uit suikers en zetmeel is één van de belangrijkste toepassingsdomeinen van de Industriële Biotechnologie. Wanneer we focussen op fijnchemicaliën, spelen beperkende factoren als prijsconcurrentie met het fossiele alternatief en moeilijke toegang tot grondstoffen minder dan voor de bulkchemie. Ook de investeringskosten die hiermee gepaard gaan zijn kleiner en de directe competitie met de grote chemische spelers wordt vermeden, wat gunstig is voor de nieuwe start-ups in dit domein. Bovendien vormt de sterke aanwezigheid van de suiker- en zetmeelindustrie in Vlaanderen hiervoor een belangrijke troef. De productie van fijnchemicaliën uit biogebaseerde grondstoffen, al dan niet via Industriële Biotechnologie, biedt aldus belangrijke kansen voor het ontwikkelen van

nieuwe functionaliteiten en nieuwe markttoepassingen. Deze conclusie is volledig in lijn met de conclusie van de FISCH Roadmap Hernieuwbare Chemicaliën, en vormt ook een richtlijn voor het opzetten van nieuwe innovatieprojecten rond dit thema. Want hoewel een focus op fijnchemie voor Vlaanderen veel voordelen kan bieden, dienen die nieuwe functionaliteiten en markttoepassingen wel nog grotendeels ontwikkeld te worden. Een tweede kansrijke waardeketen op korte tot middellange termijn is het gebruik van tweede generatie suikers als grondstof. Het gebruik van tweede generatie suikers als grondstof voor tal van biotechnologische en chemische omzettingen is momenteel volop in technologische ontwikkeling. Er zijn reeds een aantal technologieën beschikbaar op demoschaal, maar de logistiek, infrastructuur en economische haalbaarheid blijven belangrijke uitdagingen. Een economisch rendabel gebruik van tweede generatie grondstoffen zal waarschijnlijk pas haalbaar worden als een efficiënte inzameling en bewaring kan georganiseerd worden, en als ingezet wordt op een volledige bioraffinage van de grondstoffen. Vanuit logistiek oogpunt is het gebruik van deze grondstoffen voor hoge volume toepassingen enkel realistisch op deze locaties waar hoge concentraties van deze grondstoffen aanwezig zijn of aangevoerd kunnen worden, zoals respectievelijk industriële zones waar reeds een groot volume aan nevenstromen aanwezig is en havens. Een aantal van de technologische, logistieke en economische aspecten rond het gebruik van tweede generatie grondstoffen voor de productie van suiker worden momenteel bestudeerd in het kader van het CINBIOS project VISIONS (IWTVIS traject “Valorisatie van organisch-biologische nevenstromen - Ontwikkeling van 2de generatie technologieën voor de biogebaseerde economie in Vlaanderen”). Een derde kansrijke waardeketen voor Vlaanderen, die zich eerder op de middellange tot lange termijn situeert, is het gebruik van ligninerijke grondstoffen voor hoogwaardige materialen

en chemicaliën. Theoretisch gezien komen er heel wat grondstoffen in aanmerking als bron van lignine (zoals hout of stro), met een groot en divers potentieel aan toepassingen. Een zeer beloftevolle toepassing zijn de bio-aromaten, een belangrijke productgroep in de chemie, met een jaarlijkse wereldwijde groei van 5-10%. Door het toenemend gebruik van schaliegas als grondstof zal de beschikbaarheid van aromaten waarschijnlijk afnemen (schaliegas leent zich vooral tot C1- en C2-chemie), wat een opportuniteit is voor de ontwikkeling van biogebaseerde aromaten. De grondstof bij uitstek voor de synthese van aromaten is lignine, dat reeds heel veel aromatische verbindingen bevat. Deze waardeketen dient echter nog bijna volledig uitgebouwd te worden op basis van nieuwe technologische ontwikkelingen. Bijkomende onderzoeksinspanningen zijn nodig naar technologieën die zo zuiver mogelijk lignine opleveren, naar nieuwe routes voor de omzetting van lignine in aromaten, en naar aromaten met nieuwe functionaliteiten. Een vierde kansrijke waardeketen voor Vlaanderen, die zich eerder op de middellange tot lange termijn situeert, is de conversie van (afval)-gas in chemicaliën. Theoretisch zijn er enorme hoeveelheden CO2en CO-rijke grondstoffen beschikbaar, zeker in Vlaanderen met zijn hoge concentratie aan industriële activiteit, en het potentieel aan toepassingen is groot en divers. De uitdagingen voor de ontwikkeling van deze nieuwe waardeketen zijn enerzijds de uitbouw van de logistiek en de opzuivering van de afvalgassen, en anderzijds de conversietechnologieën om deze grondstof om te zetten naar interessante moleculen. Eén beloftevolle conversietechnologie is fermentatie van het gas (syngas of een ander koolstofbevattend gas). Fermentaties vinden typisch plaats in een waterig milieu, waarbij alle voedingscomponenten in oplossing gebracht zijn. In het geval de koolstofbron een gas is, wordt de fermentatie veel complexer, gezien de moeilijke oplosbaar-

93

heid en diffusie van gassen in een vloeistof. Het onderzoek naar (syn)gas fermentatie staat nog in de beginfase, maar is veelbelovend en evolueert snel. Naast de specifieke technologische ontwikkelingen voor de hierboven vermelde vier waardeketens, werden nog twee horizontale (eerder generieke) technologiedomeinen geïdentificeerd als cruciaal voor de verdere uitbouw van biogebaseerde waardeketens steunend op Industriële Biotechnologie in Vlaanderen. Ten eerste moet er gewerkt worden aan nieuwe technologieën voor de milde ontsluiting en raffinage van biogebaseerde grondstoffen, waarbij rekening wordt gehouden met een optimale verwaarding van alle componenten uit de biomassa in een bioraffinage concept en waarbij een zo breed mogelijk palet aan producten kan geproduceerd worden. Ten tweede dient er onderzoek te gebeuren naar de logistiek van de grondstof, aangezien dit als een bepalende factor werd geïdentificeerd voor het welslagen van waardeketens gebaseerd op tweede generatie grondstoffen zoals lignocellulose en afvalgassen. Daarbij dient, parallel met de technologische aspecten ook de economische haalbaarheid hiervan beter te worden onderzocht en afgetoetst met internationaal beschikbare gegevens. Op deze locaties waar dergelijke grondstoffen in hoge concentratie aanwezig zijn, of tegen beperkte logistieke kost kunnen worden aangevoerd, zal de inzetbaarheid namelijk hoger zijn voor een bredere diversiteit aan eindproducten. In het geval van landbouwnevenstromen is bijkomend onderzoek nodig naar zowel de collectie als de voorbehandeling, de stabilisatie, het transport en de bewaring van deze stromen. Een kritische analyse moet verder aangeven wat de kostprijs is van deze logistieke stappen en wat de maximale grootte is van het gebied waarbinnen dergelijke biomassa op een economisch verantwoorde manier kan gemobiliseerd worden om in te zetten voor industriële processen. De omvang van dit gebied moet worden bepaald ten

94


opzichte van de waarde van het eindproduct en de gewenste schaalgrootte van het proces. Daarnaast blijven veel van deze stromen momenteel op het land liggen. Er is daarom ook nood aan bijkomende gegevens betreffende de effecten die het wegnemen van oogstresten heeft op de langetermijn bodemvruchtbaarheid. In het geval van afvalgassen is er nood aan infrastructuur voor het collecteren en opzuiveren van de gassen. Voor een efficiënte inzet op beide horizontale technologiedomeinen zal meer interdisciplinaire samenwerking nodig zijn tussen de onderzoeksgroepen en bedrijven met expertise in de kerndomeinen van de Industriële Biotechnologie en deze met andere expertises zoals onder meer procestechnologie, chemische conversie, logistiek en economische en ecologische impactanalyses. Momenteel lopen er binnen Vlaanderen al heel wat acties en initiatieven die een invulling willen geven aan de uitbouw van de hier als kansrijk geïdentificeerde waardeketens: • Zowel in Vlaanderen (via FISCH) als in de regio Vlaanderen-Nederland-Noordrijn-Westfalen (via BIG-C) werd de productie van bioaromaten uit ligninerijke grondstoffen geselecteerd als strategisch initiatief. Hierbij wordt ingezet op de realisatie van een “Bio-aromaten Pilootfabriek” door enerzijds de verdere uitbouw van de Bio Base Europe Pilot Plant in Gent met de noodzakelijke apparatuur voor de voorbehandeling en fractionatie van lignocelluloserijke grondstoffen tot lignine en anderzijds door de uitbouw van een pilootfabriek voor de productie van bio-aromaten en afgeleide producten in Antwerpen op basis van dit lignine. • De eerste stappen voor de uitbouw van een pilootinstallatie voor fermentatie van syngas worden momenteel gezet op de Bio Base Europe Pilot Plant in samenwerking met het bedrijfsleven. Ook werd de fermentatieve omzetting van gas naar biochemicaliën geselecteerd als tweede speerpunt binnen het BIG-C consortium. Daarnaast werd het gebruik van

CO2 als grondstof voor chemie geselecteerd als tweede strategisch thema binnen FISCH. • Ook op het vlak van logistiek van de grondstof worden de eerste stappen gezet. Uit gegevens verzameld binnen het VISIONS onderzoeksproject blijkt een eerste potentieel interessante lignocelluloserijke nevenstroom voor Vlaanderen korrelmaïsstro te zijn. Binnen de Vlaamse context van een eerder kleinschalige en logistiek versnipperde landbouw vormt het collecteren en centraliseren van dit maissstro een belangrijke uitdaging. Daarom wordt op dit moment een collectief en sectoroverschrijdend onderzoeksproject opgezet naar de logistieke en ecologische aspecten en de economische haalbaarheid voor het gebruik van deze grondstof voor verschillende doeleinden zoals fermentatie, energie en materiaaltoepassingen Deze bottom-up initiatieven in samenwerking met de industrie kunnen op relatief korte termijn een belangrijke stimulans vormen voor de verdere uitbouw van de hier geïdentificeerde waardeketens. Daartoe is het echter belangrijk dat zij ook de nodige ondersteuning krijgen vanuit het Vlaamse beleid. Daarnaast is het belangrijk dat de Vlaamse Overheid werk maakt van het creëren van de noodzakelijke “enabling” randvoorwaarden in het beleid. Deze roadmap heeft namelijk een aantal zwaktes blootgelegd, zoals op het vlak van Onderzoek & Ontwikkeling de fragmentatie van het publieke onderzoek, de nog te beperkte sector-overschrijdende samenwerking, de onvoldoende collaboratieve houding bij kennisinstellingen en de hiermee verband houdende moeilijke discussies rond bescherming van eigendomsrechten tussen bedrijven en kennisinstellingen. Op bedrijfsniveau gaat het vooral om generieke moeilijkheden, zoals hoge loonkosten, concurrentie met andere landen en regio’s en de huidige moeilijke economische situatie, maar ook meer specifiek het gebrek aan risicokapitaal, wat cruciaal is voor zowel starters als grote transitieprojecten. Ook

op vlak van beleid werden een aantal pijnpunten geïdentificeerd, zoals de afwezigheid van een duidelijk grondstoffenbeleid waarbij rekening wordt gehouden met het relatief beperkte eigen landbouwpotentieel en hiertegenover de relatieve logistieke sterkte van Vlaanderen, het ontbreken van een gelijk speelveld (“level playing field”) voor de verschillende toepassingsdomeinen van biomassa en het ontbreken van goede normen en standaarden hiervoor. Op het logistieke vlak is het duidelijk dat de complexe verkeerssituatie in ons land het verzamelen van grondstoffen vanuit gedecentraliseerde locaties in Vlaanderen erg kan bemoeilijken. Met de aanbevelingen die hieronder worden gegeven naar de Vlaamse Overheid toe, geven we een eerste aanzet om zwaktes die beheersbaar zijn aan te pakken. Daartoe is het noodzakelijk dat de Vlaamse Overheid inspanningen doet om: • Een duidelijke langetermijnvisie te ontwikkelen voor de transitie naar een duurzame biogebaseerde economie, die resulteert in een coherent beleid over de verschillende beleidsdomeinen heen, gaande van landbouw- en industrieel beleid over onderzoek en innovatie tot energie en leefmilieu. Nieuwe innovatieve waardeketens over de bestaande sector-grenzen heen hebben immers nood aan een coherent, transparant en lange termijn wetgevend kader. Hierbij is het essentieel dat aan deze langetermijnvisie duidelijke doelen en budgetten worden gekoppeld. Tegelijk is het belangrijk voldoende flexibiliteit in te bouwen in de gehanteerde middelen om die doelen te bereiken. Beleidsmakers op de verschillende niveaus erkennen dit en zetten stappen in de goede richting, maar bij de bedrijven overheerst vooralsnog de perceptie van een onduidelijke, inconsequente en onzekere regelgeving. • Te streven naar een gelijk speelveld (“level playing field”) voor de verschillende toepassingsdomeinen van biogebaseerde grondstoffen. Door de duidelijke Europese en nationale doelstellingen inzake hernieuwbare energie

95

ondersteunt het beleid vandaag de dag voornamelijk bioenergie en biobrandstoffen, wat op sommige vlakken een negatief effect heeft op de prijs en beschikbaarheid van hernieuwbare grondstoffen voor toepassingen naar chemicaliën en materialen. Nochtans wordt in de Vlaamse strategie voor de bioeconomie ook het cascade-principe naar voor geschoven, waarbij biomassa eerst ingezet wordt voor de meer hoogwaardige toepassingen, alvorens over te gaan tot meer laagwaardige toepassingen zoals energie. De ambities van het materialendecreet en het energiedecreet dienen bijgevolg op elkaar afgestemd te worden. • Bioeconomie als slimme specialisatie aan te duiden voor Vlaanderen. Nieuwe State Aid rules (via SAM of State Aid Modernisation) laten lidstaten toe meer te investeren in KET’s zonder tussenkomst van Europa. Dergelijke investeringen gebeuren via het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO). De belangrijke voorwaarde voor dergelijke ondersteuning binnen EFRO is dat de KETgerelateerde investeringen passen binnen de “Slimme Specialisatie Strategie” van de Regio. “Slimme specialisatie” is een nieuw Europees beleidsconcept dat staat voor een sterkere prioritering van de overheidsmiddelen voor innovatie en transformatie in regio’s. Gezien Industriële Biotechnologie een sleuteltechnologie is voor de biogebaseerde economie, en Vlaanderen, zoals blijkt uit deze roadmap, een aantoonbare specialisatie heeft in dit domein, is het belangrijk dat Vlaanderen “Bioeconomie” aanwijst als slimme specialisatie. Door middel van strategieën voor slimme specialisaties kunnen regio’s mede investeren in, en ruimte bieden aan, infrastructurele projecten, zoals de bouw van bioraffinaderijen die hernieuwbare grondstoffen omwerken naar een diversiteit aan innovatieve producten met in eerste instantie een focus op moleculen met hoge toegevoegde waarde (biochemicaliën en farmaceutische ingrediënten, biomaterialen en bioplastics, etc) waarbij de nevenstromen

96


verder kunnen gevaloriseerd worden tot veevoeder en energie. Op die manier krijgt Vlaanderen een actieve rol op één van de meest veelbelovende en innovatieve markten. • Een coherent en transparant steunkader te scheppen over de hele innovatieketen, met extra middelen voor vraaggedreven strategisch basisonderzoek aan de éne kant en voor demonstratie- en pilootprojecten aan de andere kant. Vraaggedreven strategisch basisonderzoek is het middel bij uitstek om publiek onderzoek te stroomlijnen en kritische massa te creëren rond een aantal strategische topics. FISCH daarop wil inzetten voor onder andere twee van de ook hier geïdentificeerde topics zijnde CO2-gebruik en bio-aromaten. Daarnaast wordt financiering voor innovatie door de overheid nog te vaak te eng geïnterpreteerd en kunnen de beschikbare financiele middelen veelal niet ingezet worden voor demonstratie- en pilootprojecten. Nochtans zijn dit soort projecten cruciaal om een transitie van de Vlaamse economie te kunnen bewerkstelligen. We hebben in Vlaanderen onder meer daartoe een algemeen toegankelijke Pilot Plant voor biogebaseerde producten en processen die de missing link (“valley of death”) vormt tussen academisch onderzoek en industriële toepassing. Deze installatie werd bovendien recent door Europa verkozen tot modelfabriek in zijn soort. Het uitbouwen van een steunkader voor demo- en pilootprojecten moet ook de minder kapitaalkrachtige bedrijven de mogelijkheid bieden optimaal van dergelijke topfaciliteiten gebruik te maken om hun nieuwe processen op grote schaal te testen. Aansluitend hierbij is het belangrijk dat de Vlaamse Overheid haar financiële instrumenten maximaal inzet en desgevallend bijstelt voor het financieren van bedrijven en projecten in de Industriële Biotechnologie en biogebaseerde economie. PMV investeert reeds een aantal jaren met succes in beloftevolle biotechnologiebedrijven, en zou deze rol in de toekomst onverminderd moeten kunnen verderzetten en ontplooien.

• Transnationale en transregionale samenwerking te bevorderen. Vanuit de eigen sterktes dient Vlaanderen maximaal in te spelen op initiatieven die werken aan het behoud en/ of het creëren van volledige waardeketens in Europa. Hiervoor is het ook noodzakelijk dat naast de analyse van de eigen expertises de complementaire sterktes van buitenlandse Europese clusters in kaart worden gebracht om op basis hiervan cross-cluster samenwerkingen op te zetten en Vlaanderens slimme specialisatie concreet vorm te geven. Door vervolgens in te zetten op (internationale) samenwerking kan de innovatiecapaciteit opgedreven worden en een verhoogde deelname aan Europese programma’s bewerkstelligd worden. Er moet dan ook nagegaan worden in hoeverre de Vlaamse subsidiekanalen kunnen aangepast of uitgebreid worden zodat ook transnationale projecten financieel kunnen ondersteund worden. De overheid moet deze prioriteiten consequent doortrekken bij het hanteren van haar instrumentarium. Initiatieven als Big-C (Bio Innovation Growth mega Cluster), een cross-border initiatief tussen Vlaanderen, Nederland en Noordrijn-Westfalen dat de regio wil uitbouwen tot een wereldleider op gebied van de biogebaseerde economie, verdienen dan ook alle ondersteuning. • Een gedragen kennisplatform en centraal aanspreekpunt voor de biogebaseerde economie te ondersteunen. De verdere ontwikkeling van de Industriële Biotechnologie en de biogebaseerde economie vereist een hoog kennisniveau en een verhoogde kennisdiffusie naar de bedrijven toe. Bovendien vertoont de biogebaseeerde economie een sterk sectoroverschrijdend karakter waarbij nieuwe samenwerkingen nodig zijn in nieuwe waardeketens. Aangezien het ontwikkelen van nieuwe waardeketens belemmeringen naar boven brengt die over de traditionele beleidsdomeinen van landbouw, milieu, energie, economie en innovatie heen gaan, heeft dit ook zijn gevolgen voor het efficiënt functioneren van de

overheid. Er is daarom nood aan een gedragen kennisplatform en centraal aanspreekpunt, waar de aanwezige kennis en expertise in Vlaanderen gebundeld wordt en waar meer algemene initiatieven van informatie- en kennisoverdracht binnen de triple helix van bedrijf, academisch onderzoek en overheid worden geïnitieerd. De expertise en het netwerk dat CINBIOS de laatste jaren heeft opgebouwd, kan daar een belangrijke bijdrage aan leveren. Het is duidelijk dat de biogebaseerde economie wereldwijd een belangrijke evolutie heeft gekend de laatste jaren, en de prognoses en groeicijfers blijken uit meerdere studies (sterk) positief. Desalniettemin is de ontwikkeling van deze innovatieve sector fragiel en hangt ze af van belangrijke externe factoren zoals de kostprijs van petroleum, de beschikbaarheid van grondstoffen tegen een competitieve prijs, de algemene economische ontwikkeling etc. Inzetten op een transitie naar een biogebaseerde economie is daarom vandaag vooral een keuze. Bepaalde grote bedrijven hebben die keuze gemaakt, bepaalde overheden in Europa hebben een visie en nemen duidelijke stappen in die richting. Deze roadmap oefening werd uitgevoerd op vraag van de Vlaamse Overheid met als doelstelling de noodzakelijke data aan te leveren ter ondersteuning en onderbouwing van een nieuwe innovatie- en industrialisatie-strategie voor de Vlaamse economie. Deze studie verzamelde input van meer dan 150 stakeholders uit de industrie, kennisinstellingen en de Vlaamse administraties. Uit de studie blijkt dat Vlaanderen een aantal duidelijke troeven heeft om in de bio gebaseerde economie een rol van betekenis te spelen. Er is ook een duidelijke interesse en wil van het Vlaamse bedrijfsleven om hier aan mee te werken en te investeren. Het is evenwel aan de Vlaamse Overheid om de conclusies en aanbevelingen uit deze studie ter harte te nemen en te vertalen in concrete beleidsmaatregelen.

97

Roadmap KET Industriële Biotechnologie

98


Bijlage 1: Patentanalyse ECOOM

Data & Rapportage: Julie Callaert, Mariette Du Plessis, Xiaoyan Song

A23L 1/202, C11D 3/386, C12H 1/003, C14C 1/065

Contact: [email protected]

• IPC klassen - A23L 3/3463, A23L 3/3571, C12G 1/0203

Werkwijze

De octrooidata zijn geëxtraheerd uit de PATSTAT databank43. Deze octrooidatabank wordt beheerd door het Europees Patentbureau (namens de OECD Taskforce rond octrooistatistieken) en is speciaal ontwikkeld voor geavanceerde statistische analyses van octrooidata. PATSTAT omvat octrooigegevens sinds 1978, met wereldwijde dekking (alle grote octrooibureaus zoals EPO, USPTO, JPO, WIPO,… plus meer dan 100 nationale octrooibureaus wereldwijd). De tellingen betreffen EPO octrooiaanvragen, met telkens ook een aparte telling voor EPO-PCT octrooiaanvragen. Deze laatste vormen een subset van de eerste, namelijk octrooiaanvragen die ingediend werden bij WIPO onder het Patent Cooperation Treaty en waarvoor de EPO receiving office is wanneer het octrooi in de regionale fase komt.

De gebruikte domeinafbakening voor Industriële Biotechnologie is gebaseerd op een gecombineerde aanpak, waarbij de afbakening uit een voorgaande studie, ontwikkeld door Idea (zie EC, 20121), aangepast en aangevuld werd door experten (KET-IB team). De volgende selectie van relevante IPC domeinen werd gebruikt: • IPC klassen - C12M, C12N, C12P, C12Q, C12R, C12S, C12Y, met volgende uitsluitingsregels: o uitgezonderd octrooien binnen een A61 domein o uitgezonderd octrooien binnen een A01 domein • IPC klassen - A01N 63/00, A21D 8/04, A23B 4/12, A23B 4/20, A23B 4/22, A23B 5/14, A23B 5/16, A23B 7/10, A23B 9/26, A23B 9/28, A23C 9/12, A23C 13/16, A23C 17/02, A23C 19/04, A23C 21/02, A23F 3/08, A23F 3/10, A23G 1/02, A23G 1/42, A23G 4/12, A23G 9/36, A23J 3/34, A23L 1/23, A23L 2/84, A61K 8/66, A62D 3/02, B09C 1/10, C02F 3/34, C02F 3/28, C02F 3/30, C02F 11/02, C02F 11/04, C07K 16/40, C12C 11/00, C12C 12/00, C12F 3/04, C12F 3/06, C12G 3/02, C12J 1/00, C22B 3/18, C40B 50/06, D01C 1/04, D06L 3/11 • IPC klassen - A23B 7/154, A23B 7/155, A23C 9/127, A23C 9/152, A23C 19/032, A23K 1/165, A23L 1/105, A23L 1/186,

De tellingseenheid is de octrooifamilie, waarbij de INPADOC-definitie gehanteerd wordt: alle octrooien die minstens 1 prioriteitsdocument delen, behoren tot dezelfde familie. Alle tellingen gebeurden op jaarbasis, voor prioriteitsjaren tussen 2000 en 2009. Voor de dynamische indicatoren werd een opdeling voorzien in twee tijdsperioden: 2000-2004 en 2005-2009. De geografische dekking (op basis van aanvragersadressen) beslaat België en Vlaanderen, met benchmarks voor EU-27 en EU-15. De identificatie van Vlaamse aanvragersadressen gebeurde aan de hand van de regionalisering die ontwikkeld werd bij ECOOM, KU Leuven (zie Eurostat, 201144). De allocatie van octrooien aan meer dan één landen, regios of technologiedomeinen gebeurde aan de hand van full counting schemes.

Voor verdere specificaties, zie: http://www.epo.org/searching/subscription/raw/product-14-24.html Eurostat (2011), ‘Patent Statistics at Eurostat: Methods for Regionalisation, Sector Allocation and Name Harmonisation’, Methodologies & Working papers, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2011, ISBN 978-92-79-20237-7. 43 44

99

In wat volgt wordt gefocust op octrooi-gerelateerde gegevens (rood omcirkeld in Figuur 1), waarbij voor Industriële Biotechnologie de volgende basisindicatoren gepresenteerd worden: 1.Octrooivolumes: Absolute aantallen octrooifamilies, per jaar voor, de betreffende periode. 2. Domeinaandeel: Domeinaandelen van Industriële Biotechnologie in de Belgische en Vlaamse octrooiportefeuille. 3. Marktaandeel: Aandeel van Belgische / Vlaamse Industriële Biotechnologie-octrooien in globale octrooivolumes. 4. Specialisatie: RTA (Relative Technological Advantage) in Industriële Biotechnologie voor België en Vlaanderen. Deze specialisatie-indicator wordt berekend volgens de formule: RTAij = (Pij/SjPij) / (SiPij/SijPij) Waarbij: P = aantal octrooien i = land/regio groeperingsvariable (BE / VL) j = domein groeperingsvariabele (KET’s volgens IPC opdeling) Deze relatieve maat geeft met andere woorden het aandeel weer van Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen (België), vergeleken met het aandeel van Industriële Biotechnologie wereldwijd. De RTA neemt waarden aan van 0 tot oneindig, waarbij de waarde 1 staat voor een neutrale specialisatiegraad (proportie in Vlaanderen (België) is dezelfde als de proportie wereldwijd). Om deze scheve verdeling te normaliseren, werd de RTA logaritmisch getransformeerd. Dit maakt dat een neutrale specialisatiegraad nu de waarde 0 aanneemt (domeinaandeel voor betreffende regio is gelijk aan het globale domeinaandeel). Een negatieve waarde wijst op onderspecialisa-

100


tie (domeinaandeel voor betreffende regio is lager dan het globale domeinaandeel), en een positieve waarde wijst op specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is hoger dan het globale domeinaandeel). 5. Een herberekening van de specialisatiegraad (Relative Technological Advantage), waarbij de bijdrage van de KETs in de EU15 als referentie wordt gebruikt in plaats van de bijdrage van de KETs wereldwijd. Concreet houdt dit in dat de noemer van de eerdere formule aangepast wordt: RTAij = (Pij/ΣjPij) / (ΣiPij/ΣijPij) Waarbij: P = aantal octrooien i = land/regio groeperingsvariable (BE / VL) j = domein groeperingsvariabele (KET’s volgens IPC opdeling) De herberekende maat geeft het aandeel weer van Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen (België), vergeleken met het aandeel van Industriële Biotechnologie in Europa. Opnieuw neemt de RTA volgens deze formule waarden aan van 0 tot oneindig, waarbij de waarde 1 staat voor een neutrale specialisatiegraad (proportie in Vlaanderen (België) is dezelfde als de proportie voor de EU-15). Om deze scheve verdeling te normaliseren, werd de RTA logaritmisch getransformeerd. Dit maakt dat een neutrale specialisatiegraad nu de waarde 0 aanneemt (domeinaandeel voor betreffende regio is gelijk aan het domeinaandeel in EU-15). Een negatieve waarde wijst op onderspecialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is lager dan het domeinaandeel voor EU-15), en een positieve waarde wijst op specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is hoger dan het domeinaandeel voor EU-15). 6. Mid-term dynamieken: Evolutie in oc-

trooivolumes tussen periode 2000-2004 en 2005-2009.

aangezien deze relatieve groei-indicator bij kleine octrooivolumes gevoelig is aan extreme waarden. Daarenboven wordt de mate van verandering gewogen door het aandeel van Vlaanderen in de totale verandering – wereldwijde – in Industriële Biotechnologie octrooivolumes. Deze indicator betreft dus de mate van verandering in het octrooivolume tussen 2 periodes (2005-2009 versus 2000-2004), gedeeld door het Vlaamse aandeel in de octrooi-evolutie voor dezelfde periode wereldwijd.

De indicator voor ‘mid-term dynamics’ geeft de relatieve groei in octrooivolumes weer voor Industriële Biotechnologie, waarbij de periode 2005-2009 vergeleken wordt met de periode 2000-2004. Deze indicator, die de groei in periode 2 weergeeft als proportie van het volume in periode 1, geeft m.a.w. aan of er sprake is van een stijgende of dalende trend. Twee meerjaren-periodes van telkens 5 jaren worden vergeleken,

Resultaten Octrooivolumes Onderstaande tabel geeft de absolute aantallen weer van octrooifamilies (EPO en EPO-PCT ocVlaanderen

trooien) in het domein Industriële Biotechnologie.

België

EU-15

EU-27

Globaal

PRIORITEITSJAAR

EPO EPO-PCT EPO EPO-PCT EPO EPO-PCT EPO EPO-PCT EPO EPO-PCT

2000

23

17

35

25

1261 1014

1269 1020

3309 2767

2001

37

27

54

42

1236 990

1253 1005

3307 2749

2002

24

21

45

39

1203 975

1211 982

3255 2753

2003

31

26

45

36

1082 837

1094 845

3044 2588

2004

42

36

59

47

1149 932

1164 947

3154 2698

2005

20

19

38

34

1042 860

1054 871

3052 2682

2006

39

34

54

44

1109 897

1130 915

2984 2574

2007

37

35

64

59

1151 956

1175 973

3034 2715

2008

35

32

52

45

1196 972

1220 989

3076 2729

2009

22

16

46

35

894

906

663

2164 1827

Totaal

310 263

492 406

655

11323 9088

11476 9210

30379 26082

101

Voor Industriële Biotechnologie zien we een relatief onstabiele trend in Vlaanderen en België, waarbij periodes van groei en daling elkaar afwisselen over de beschouwde periode. Voor Europa is de trend in octrooivolumes stabieler, en is over de gehele periode een lichte daling zichtbaar. Het aandeel van België in de EU-15 octrooiportefeuille in Industriële Biotechnologie bedraagt ongeveer 4%. Het aandeel van Vlaanderen binnen België bedraagt gemiddeld 63% voor EPO octrooien (en 64% voor EPO-PCT octrooien). Merk op dat, net als bij de andere domeinen, de aantallen voor EU-15 en EU-27 erg gelijkaardig zijn, wat erop wijst dat de bijdrage van de 12 extra lidstaten eerder minimaal is.

les voor Vlaanderen, België, EU-15 en EU-27. Net als de volumes vertonen de domeinaandelen van Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen en België een relatief onstabiele trend. Over de hele periode beschouwd is een lichte daling merkbaar, al zijn de Vlaamse en Belgische domeinaandelen consistent hoger dan het Europese domeinaandeel45 in Industriële Biotechnologie. Het domeinaandeel voor Vlaanderen (gemiddeld 4,6%) is over de hele periode gelijklopend met dat voor België (gemiddeld 4,5%). Een soortgelijke trend kan waargenomen worden in EPO-PCT octrooien, al zijn de aandelen hier hoger (6% à 7%).

Domeinaandeel Onderstaande figuur geeft de evolutie weer van het domeinaandeel van Industriële Biotechnologie (EPO-octrooien) binnen de octrooiportefeuil-

Net als bij de andere indicatoren en domeinen zijn de cijfers voor EU-15 en EU-27 zeer gelijkaardig.

45

102


Marktaandeel De onderstaande tabel geeft voor het domein Industriële Biotechnologie de marktaandelen weer voor Vlaanderen, België en Europa ten opzichte van het wereldwijde octrooivolume binnen dat domein. Ongeveer 1% van de wereldwijde octrooien in Industriële Biotechnologie is afkomstig uit Vlaanderen. Het marktaandeel voor België is 2%. Voor geen van beide is een eenduidige trend op te tekenen over de beschouwde periode. Het Europese marktaandeel in Industriële Biotechnologie is gemiddeld 38% en vertoont ook geen eenduidige trend.

Om verder in te zoomen op de positie van België en Vlaanderen in Europa, geeft onderstaande figuur de evolutie weer in het Belgische en Vlaamse marktaandeel binnen Europa (i.e. aantal Belgische / Vlaamse EPO-octrooien gedeeld door aantal EPO-octrooien voor EU-15 in Industriële Biotechnologie). De aandelen van België en Vlaanderen in Europese Industriële Biotechnologie octrooien bedragen - gemiddeld over de hele periode - 4,4% en 2,7% respectievelijk. Ze evolueren volgens een gelijkaardig patroon. Een soortgelijke trend kan waargenomen worden in EPO-PCT.

Prioriteitsjaar

VL

BE

EU-15

EU-27

2000

0,70

1,06

38,11

38,35

2001

1,12

1,63

37,38

37,89

2002

0,74

1,38

36,96

37,20

2003

1,02

1,48

35,55

35,94

2004

1,33

1,87

36,43

36,91

2005

0,66

1,25

34,14

34,53

2006

1,31

1,81

37,16

37,87

2007

1,22

2,11

37,94

38,73

2008

1,14

1,69

38,88

39,66

2009

1,02

2,13

41,31

41,87

Gemiddelde ’00-‘09 1,02 1,64 37,39

37,89

103

Specialisatie Onderstaande tabel geeft de evolutie weer van de mate van specialisatie in Industriële Biotechnologie (berekend a.h.v. EPO-octrooien) voor Vlaanderen, België, EU-15 en EU-27. Ter herinnering: de gebruikte specialisatiemaat - ln(RTA) - neemt positieve en negatieve waarden aan waarbij negatieve waarden wijzen op onderspecialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is lager dan het globale domeinaandeel), de nulwaarde wijst op een neutrale specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is gelijk aan het globale domeinaandeel), en een positieve waarde wijst op specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is hoger dan het globale domeinaandeel).

104


Prioriteitsjaar

VL

BE

EU-15

EU-27

2000

0,35

0,22

-0,16

-0,15

2001

0,75

0,59

-0,19

-0,18

2002

0,14

0,36

-0,17

-0,17

2003

0,55

0,43

-0,19

-0,19

2004

0,70

0,61

-0,15

-0,15

2005

0,00

0,23

-0,21

-0,21

2006

0,72

0,56

-0,15

-0,14

2007

0,61

0,67

-0,15

-0,14

2008

0,64

0,46

-0,14

-0,13

2009

0,49

0,67

-0,08

-0,08

Gemiddelde ’00-‘09 0,50 0,48 -0,16

-0,16

Herberekening specialisatie Bovenstaande cijfers tonen een aanzienlijke specialisatie voor België en Vlaanderen in het domein van de Industriële Biotechnologie. Hoewel op korte termijn afwisselende schommelingen zichtbaar zijn, lijkt de specialisatiegraad eerder stabiel te blijven wanneer we de volledige periode beschouwen. De trends voor Vlaanderen en België zijn gelijkaardig zijn, maar de specialisatiegraad voor Vlaanderen ligt net iets hoger dan die voor heel België. Voor Europa is een stabiele onderspecialisatie zichtbaar in Industriële Biotechnologie doorheen de beschouwde periode.

Onderstaande figuur geeft de evolutie weer van de mate van specialisatie in Industriële Biotechnologie voor Vlaanderen en België (met EU-15 als referentie; berekend op basis van EPO octrooien). Ter herinnering: de gebruikte specialisatiemaat ln(RTA) - neemt positieve en negatieve waarden aan waarbij negatieve waarden wijzen op onderspecialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is lager dan het Europese domeinaandeel), de nulwaarde wijst op een neutrale specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is gelijk aan het Europese domeinaandeel), en een positieve waarde wijst op specialisatie (domeinaandeel voor betreffende regio is hoger dan het Europese domeinaandeel).

105

Bovenstaande figuur toont een aanzienlijke specialisatie voor België en Vlaanderen in het domein van de Industriële Biotechnologie. Hoewel op korte termijn afwisselende schommelingen zichtbaar zijn, lijkt de specialisatiegraad eerder stabiel te blijven wanneer we de volledige periode beschouwen. De trends voor Vlaanderen en België zijn gelijkaardig. Evolutie Onderstaande tabel en figuur geven de relatieve groei weer van octrooivolumes voor de verschillende KETs in België, Vlaanderen en Europa, berekend volgens bovenvermelde formule van midterm dynamieken (cf. sectie ‘Octrooigerelateerde Basisindicatoren’, indicator nr. 5). Deze indicator betreft dus de mate van verandering in het octrooivolume tussen 2 periodes (2005-2009 versus 2000-2004), gedeeld door het Vlaamse (Belgische) (Europese) aandeel in de octrooi-

106


evolutie voor dezelfde periode wereldwijd. Noteer dat nanotechnologie uit de figuur werd gelaten, omwille van de minimale octrooivolumes, die van deze relatieve groeimaat een zeer extreme waarde maken.

Mid-term dynamieken (2000-2004 / 2005-2009) Ind Biotech

Nanotech

Micro- & Nanoelectr

Fotonica

Geav Mat

Geav Fabricatiesyst

VL

-0,01

333,33

0,21

-0,16

-0,09

0,008

BE

0,06

392,00

0,35

0,02

-0,14

0,001

EU-15

-2,78

166,42

-2,85

-1,01

-4,64

-3,15

EU-27

-2,43

178,94

-2,81

-0,87

-4,56

-3,08

Uit bovenstaande tabel en onderstaande figuur blijkt de afwezigheid van een mid-term groeidynamiek voor Industriële Biotechnologie octrooien in Vlaanderen en België. De onstabiele trend die in de octrooivolumes zichtbaar was over de peri-

ode 2000-2009 (cf. supra: sectie “Octrooivolumes”) vertaalt zich op medium termijn derhalve in het ontbreken van een duidelijke groei of afname.

107

Bijlage 2 : Resultaten online bevraging

121 deelnemers Uw bedrijf/organisatie is een:

Kleine onderneming Middelgrote onderneming Grote onderneming Onderzoeksinstelling Koepelorganisatie Overheid/administratie Overige

Overige

Bioplastics, vezels, biomaterialen (inclusief hout, papier & karton,...)

Agro- en voedingsproducten

Fijnchemicaliën (inclusief nutraceuticals, farmaceuticaproductie,. ..)

45,0% 40,0% 35,0% 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 0,0%

Bulkchemicaliën en Biobrandstoffen

In welke sector is uw organisatie actief?

De activiteiten in Vlaanderen zijn: 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% R&D

108

Productie

Marketing & Sales of Distributie

Leveren van diensten en consultancy


Technologieontwikkeling

Overige

109

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

35,0% Vink maximaal vijf product categorieën aan die u als het meest kansrijk ziet voor Vlaanderen:

1. Bio-gebaseerde basischemicaliën voor fijn- en bulk-chemie, kortere 2. Bio-gebaseerde basischemicaliën voor fijn- en bulk-chemie, langere 3. Stereo-isomere chemicaliën 4. Tweede generatie “suikers” als feedstock voor bulk- en fijnchemie 5. Toepassingen voor plantaardige en dierlijke oliën en vetten in de 6. Toepassingen voor eiwitten en hydrolysaten/aminozuren in de 7. Natuurlijke biopolymeren zoals chitine of cellulose, o.a. in 8. Weekmakers en andere polymeeradditieven 9. Speciale solventen 10. Enzymes 11. Detergenten 12. Bio-gebaseerde polymeren als verpakkingsmateriaal, textiel, … 13. Bio-gebaseerde polymeren en schuimen voor “durable” 14. Bio-gebaseerde polymeren met speciale eigenschappen en/of voor 15. Agro chemicaliën (gewasbescherming, insecticiden) 16. Lijmen, adhesieven en coatings 17. Farmaceuticals en farmaceutische intermediairen 18. Nutraceuticals 19. Micro-organismen voor fermentatie van voedingsproducten 20. Hoogwaardige natuurlijke componenten zoals anti-oxidantia of 21. Speciale ingrediënten zoals niet conventionele suikers voor 22. Organische zuren voor diverse voedingstoepassingen 23. Eiwitten en eiwitafgeleiden (hydrolysaten, aminozuren,…) voor de 24. Speciale ingrediënten voor cosmetica (aromastoffen, pigmenten,

110


0,00

1. Ondersteuning en subsidie van projecten over de hele waardeketen via FISCH

2. Opschaling via de BioBase Europe Pilot Plant (BBEPP)

3. Groeiende deelname vanuit VL aan het Europese Biobased Industries PPP (BBI)

4. Landbouwsector is actief op zoek naar nieuwe verwaardingen voor nevenstromen

5. Bestaande overheidsmaatregelen ter ondersteuning van R&D bij bedrijven (niet

6. Toenemende interesse vanuit de chemische industrie

7. Biobrandstof industrie wil diversifiëren naar grondstoffen en producten

8. Noodzaak en wil tot verduurzamen/vergroenen van industriële processen

9. Efficiënter maken van productieprocessen

10. Sterke biotechcluster (FlandersBio), chemiecluster (essenscia/FISCH) en bio-

11. Mogelijke aanwezigheid in de regio van de hele waardeketen

12. Creatie van nieuwe waardeketens

13. Nieuwe producten met mogelijk nieuwe eigenschappen

14. Toenemende vraag naar biogebaseerde producten en chemicaliën vanuit de markt

15. Mogelijke omschakeling van bestaande landbouwactiviteiten met kans op extra en/of

16. Mogelijk gebruik van land dat niet geschikt is voor voedingsgewassen

17. Opkomst van schaliegas als grondstof-bron leidt tot andere verhouding fossiel-

18. Gentse Haven tracht specifiek BBE-gerelateerde innovatieve bedrijven aan te trekken,

19. Groeiende samenwerking met omringende regio’s (vb. VL-NL aromatenplatform, Delta

20. Sterke drive naar kringloopeconomie & cascadedenken (ladder v Lansink), waarin IB en

0,50

1,00

1,50

Geef voor elk van de genoemde opportuniteiten aan in welke mate deze belangrijk is voor uw organisatie en haar activiteiten:

2,00

2,50

3,00

111

0,00

1. Moeilijkheid om goede afspraken te maken met onderzoeksinstellingen rond

2. Versnippering van onderzoekspotentieel

3. Noodzaak tot samenwerking tussen bedrijven en de moeilijkheid daarvan

4. Moeilijkheid om grote producties hier te houden, te hoge kostprijs industriële

5. Onvoldoende zicht op productbehoeften vanuit de markt

6. Veranderingen in grote bedrijven eerder traag (bedrijven hangen vast aan

7. Ontwikkeling verplaatst zich naar het buitenland (bv. BRIC-landen met veel

8. Groeiende competitie uit de buurlanden (NL, FR, DE)

9. Geen coherente en lange termijn beleidsvisie voor de gehele biogebaseerde

10. Complexe, belemmerende regelgeving voor innovaties in IB (bijvoorbeeld

11. Instabiele prijs van en moeilijke toegankelijkheid tot biomassa

12. Competitie voor verschillende gebruiken van biomassa

13. Sterke afhankelijkheid van wereld-olie en –gasmarkt

14. Moeilijke perceptie en zichtbaarheid IB en biogebaseerde economie

15. Publieke opinie rond food vs fuel (vs material) debat en ILUC (Indirect Land

16. Publieke opinie rond GMO

0,50

1,00

1,50

2,00

Geef voor elk van de genoemde belemmeringen aan in welke mate deze belangrijk is voor uw organisatie en haar activiteiten:

2,50

6

112


Rudi Beyaert

x

x

x

x

x

x

x

x

7

UGent Wetenschappen Toegepaste Moleculaire Biologie Erik Remaut x UGent Faculteit Geneeskunde en Vakgroep Pediatrie en genetica Jo Vandesompele x Gezondheidswetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen Vakgroep Toegepaste Anita Van Landschoot x x x biowetenschappen UGent Wetenschappen Plantenbiotechnologie en Kathleen Marchal x Bioinformatica KULeuven Microbiële en Centrum voor Levensmiddelen- Jan Delcour, Christophe Courtin, Chris Michiels x x x Moleculaire Systemen (M2S) en Microbiële Technologie KULeuven Microbiële en Centrum voor Microbiële en Moleculaire Systemen (M2S) Plantengenetica Jozef Vanderleyden, Vera van Noort, Rob Jelier x x KULeuven Microbiële en Centrum voor Microbiële en Kevin Verstrepen x x x x -VIB Moleculaire Systemen (M2S) Plantengenetica KULeuven Microbiële en Centrum voor Oppervlakte- Ivo Vankelecom x Moleculaire Systemen (M2S) chemie en Katalyse

BCCM/LMBP Plasmide collectie

Paul De Vos, Peter Vandamme

Wetenschappen

5

UGent

4

BCCM/LMG

3

Wetenschappen

2b

UGent

2a

Expertisecentrum Industriële Wim Soetaert, Marjan De Mey, x x x x x x x Biotechnologie en Biokatalyse Tom Desmet Laboratorium voor Microbiële Nico Boon, Korneel Rabaey, Tom Van de Wiele x x x Ecologie en Technologie Vakgroep Wiskundige modellering, Olivier Thas, Ingmar Nopens, Bernard De Baets x x Statistiek en Bioinformatica - Biostatistiek Vakgroep Biosysteemtechniek Eveline Volcke x Sturing van biosystemen Laboratorium voor Fytopathologie Monica Höfte x x Vakgroep Toegepaste Analytische Arne Verliefde x en Fysische Chemie Laboratorium voor Eiwitbiochemie Bart Devreese, Savvas Savvides x x en Biomoleculaire engineering (L-ProBE) Vakgroep Biochemie en Nico Callewaert x Microbiologie/VIB Department of Medical Protein Research Laboratorium voor Microbiologie Paul De Vos, Peter Vandamme x x

1

UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Bio-Ingenieurs wetenschappen UGent Wetenschappen UGent-VIB Wetenschappen UGent Wetenschappen

Expert(en)

Onderzoekseenheid

Instelling Faculteit en Departement

Bijlage 3: Onderzoeksgroepen in Vlaanderen

113

Onderzoekseenheid

6

x x

x

Renewable extracts & chemicals

Jeroen Raes

VIB Structural Biology Research Center Bioproces development

Unit Scheidings- en Conversie-technologie (SCT)

Pierre Cornelis

Microbiële Interacties

VUB Wetenschappen_Vakgroep Bio-ingenieurswetenschappen VIB-VUB Wetenschappen_Vakgroep Bio-ingenieurswetenschappen VITO Unit Scheidings- en Conversie-technologie (SCT)

x

x

Bert Bouwman

Bert Bouwman

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x x

x

x

Lode Wyns, Jan Steyaert, Wim Versées, Han Remaut

x

x

VUB-VIB Wetenschappen_Vakgroep Stuctural Biology Brussels Bio-ingenieurswetenschappen

Daniël Charlier

Luc De Vuyst

Johan Robben

Microbiologie en Genetica

x x

VUB Wetenschappen_Vakgroep Bio-ingenieurswetenschappen

Kris Willems, Bart Lievens x x Guido Aerts, Luc De Cooman

Afdeling Biochemie, Moleculaire en Structurele Biologie Research group of Ind. Microbiology, Fermentation Tech. and Downstream proc. (IMDO)

VITO

7

x

5

x

x

4

KULeuven Chemie VUB Wetenschappen_ Vakgroep Bio-ingenieurswetenschappen

Labo voor Microbiële Procesecologie en -Beheersing Subdivisie Enzym-, Fermentatie- en Brouwerijtechnologie,

3

Stadius Centrum voor Dynamische Bart De Moor x Systemen, Signaalverwerking en Gegevensanalyse Laboratorium Moleculaire Tassos Economou x Bacteriologie

Industriële Ingenieurswetenschappen Industriële Ingenieurswetenschappen

x

Rob Lavigne

2b

x

2a

x

x

x

Jan Van Impe, Kristel Bernaerts x x x Sergei Strelkov x

x

1

Johan Thevelein, Patrick Van Dijck

Expert(en)

KULeuven Elektrotechniek (ESAT) KULeuven Departement Microbiologie en Immunologie

KULeuven KULeuven

KULeuven- Biologie Afdeling Moleculaire Microbiologie VIB en biotechnologie KULeuven Biosystemen Afdeling Gentechnologie KULeuven Chemische ingenieurstechnieken Chemische en Biochemische Procestechnologie en Controle (BioTec) KULeuven Farmaceutische en Laboratorium voor Biokristallografie farmacologische wetenschappen


114


1

2b

7 Upstream processing en proces integratie

6 Downstream processing

6

x

x x

x

x

x

x

7

14 17 14 14 5 16 8 10

x

x

Brecht Vanlerberghe, Muriel De Wilde, Hendrik Waegeman

5 Bioproces ontwikkeling voor fermentatie en biokatalyse

5

x

x

Herwig Van Marck

Frank Sobott

Yves Guisez

4 Metabolic en enzyme engineering, modellering en synthetische biologie

3 –Omics en Bioinformatica

2b Werking enzymen

2a Microbiële genetica

1 Nieuwe micro-organismen en enzymen

Legende:

x

Iris Cornet

Totaal aantal

Bio Base Europe Pilot Plant

Biomolecular & Analytical Mass Spectrometry (BAMS)

Universiteit Wetenschappen-Departement Antwerpen Chemie

BBEPP

Centrum voor Proteome Analyse & Massaspectrometrie

Universiteit Wetenschappen-Departement Antwerpen Biologie

BioInformatics Training and Services (BITS)

Biochemical Engineering Technology (BIT)

Universiteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen Antwerpen

VIB

GERM-BIOCHEM

Universiteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen Antwerpen

4

x

3

Marc Wijnants

Systemisch Fysiologisch en Ronny Blust Ecotoxicologisch Onderzoek (SPHERE)

x

2a

Universiteit Wetenschappen-Departement Chemie Antwerpen

Yves van de Peer

Expert(en)

Bioinformatica en Evolutionaire Genomica

Onderzoekseenheid

UGent-VIB Wetenschappen


Industriële Biotechnologie: een roadmap voor Vlaanderen

Recommend Documents