Project: Delignificatie van ligno-cellulose materialen - in casu vlas - via enzymen
VIS/CO: Collectief onderzoek van Vlaamse Innovatiesamenwerkingsverbanden
01/06/2003
31/05/2006
48 Maanden
Innovatiedoel
Bastvezels zoals vlas zijn ligno-cellulose materialen: de vezels zijn gedeeltelijk opgebouwd uit lignine, hetgeen de ontsluiting, de verwerking en het gebruik bemoeilijkt. Ligno-cellulose materialen bevatten ook natuurlijke onzuiverheden die afkomstig zijn van de plant zelf of van onkruiden. Deze lignine- houdende onzuiverheden kunnen niet volledig verwijderd worden via mechanische reiniging, leiden tot verwerkingsproblemen, en veroorzaken defecten die het eindproduct onverkoopbaar kunnen maken. In het verleden werden lignine-houdende bestanddelen in een latere fase van het proces verwijderd of ontkleurd via chemische behandelingen; vooral de hypochlorietbleek bleek efficiënt te zijn. Deze behandelingen zijn momenteel niet meer toegelaten, voornamelijk om ecologische redenen.
Alternatieve behandelingen zijn nog niet voorhanden. Dit probleem stelt zich niet enkel voor vlas,
maar ook voor alle andere plantaardige textielvezels en voor hun toepassingen buiten de textielsector zoals de papier- en pulp industrie.
Het project heeft tot doel om efficiënte en milieuvriendelijke technieken te bestuderen voor de
delignificatie van ligno-cellulose materialen tijdens hun verwerking ('biobleaching'). De aandacht gaat vooral naar vlas en naar het inzetten van enzymen die de lignine kunnen degraderen (laccasen en peroxidasen).
De beoogde enzymatische behandelingen moeten toelaten om:
- lignine houdende onzuiverheden in ligno-cellulose materialen via een milieuvriendelijk proces te
ontbinden, zodanig dat ze efficiënt kunnen verwijderd of afgebroken worden in de daaropvolgende
processen
- de ligno-cellulose vezels zelf gedeeltelijk te delignifiëren, zodanig dat de daaropvolgende processen eenvoudiger en met minder milieubelasting kunnen uitgevoerd worden, met behoud van de intrinsieke eigenschappen van de cellulose.
-een meerwaarde te geven aan deze natuurlijke ligno-cellulose vezels door het verbeteren van hun verwerkbaarheid, het verhogen van hun kwaliteit en milieuvriendelijk karakter, en het verruimen van hun toepassingsgebied.
Doelgroep :
Het project richt zich vooral naar de Belgische vlassector (directe doelgroep). Deze sector omvat alle bedrijven die vlasvezels produceren en/of verwerken en is opgebouwd uit sub-sector die instaan voor de verschillende stappen in het productieproces. In totaal betreft het een 130-tal bedrijven in Vlaanderen.
De Belgische vlasspinnerijen (5 in Vlaanderen) zijn gespecialiseerd in de productie van relatief grove garens en gebruiken vooral vlasklodden als grondstof.
De sub-sector 'vezelbereiding en -transformatie' kent in ons land een grote activiteit en levert halffabrikaten bestemd voor de productie van vlasgarens, menggarens, papier, non-wovens voor technisch textiel, ... Voor vlas non-wovens en nevenproducten is er een sterke evolutie in de richting van niet-traditionele, technische toepassingen. De Belgische vlasweverijen richten zich vooral op de top-markt voor kledij, interieurstoffen en huishoudlinnen.
Innovatiepotentieel :
Het innovatief karakter van het project is de kennisverruiming over de processen zelf en over de technologische toepassing. Men wenst geen nieuwe enzymen te ontwikkelen. In het project zullen de mogelijkheden van nieuwe types enzymen, die nog niet voor vlas gebruikt werden, verkend worden en in bedrijsrelevante omstandigheden getest worden.
Voor de doelgroep is de meerwaarde het kunnen zuiveren en functionaliseren van vlasproducten via een efficiënt en milieuvriendelijk proces. Hierdoor kan men een verhoogde kwaliteit bekomen, een uitbreiding van het toepassingsgebied of een verhoging van de productiviteit voor de vlasverwerkers.
• Er werden slechts 7 verschillende bruikbare enzymen gescreened, waarvan er twee weerhouden werden voor verdere proeven: één enzympreparaat van Novozyme en 1 zuiver enzym (laccase van Sigma Aldrich). Naar grondstofselectie toe werden van de vijf basisfracties gebruikt tijdens de screening er twee weerhouden voor verdere proeven. Voor elk van de weerhouden enzymen werden de optimale procescondities gedefinieerd, dit zowel aan de hand van de veranderingen in materiaaleigenschappen als aan de hand van de activiteit van de enzymen onder de desbetreffende werkvoorwaarden (de optimale procesparameters wijken slechts in beperkte mate af van de oorspronkelijke parameters die door de leverancier werden opgegeven). Vervolgens werd de combinatie en integratie van enzymatische behandelingen met voor- en nabehandelingen nagegaan: het combineren van een louter chemisch proces met een enzymatisch proces is geen haalbare kaart. De beste optie is het vervangen van het afkookproces door een bioscouring met pectinase en nadien het integreren van de laccasebehandeling in dit bioscouringproces. Hiervoor werd enkel het enzympreparaat van Novozyme in acht genomen omdat het gebruik van zuivere laccase onvoldoende mogelijkheden biedt voor opschaling zowel naar praktische aspecten als naar kostprijs toe. Het opschalen van de afzonderlijke processen naar een semi-industriële schaal leverde geen technische problemen op. De selectiviteit van de enzymatisch processen zorgt er echter voor dat de degradatie van de vezelmatrix groter is dan bij gebruik van chemische processen. Dit effect is bovendien duidelijker te merken op weefsels dan op vezels, waar de daling in sterkte aanzienlijk is. Het optimaliseren van de procescondities op grote schaal zal dan ook nodig zijn om deze daling in sterkte onder controle te houden. Tot slot werd een economische en ecologische balans opgesteld: ondanks de duurdere aankoopprijs van enzymen, kan de kostprijs van de nieuwe processcenario´s wel voordelig zijn vanwege de besparingen op duur, energie en water. De projectresultaten vormen een basis voor verder onderzoek.
• Een belangrijke parameter bij het evalueren van de efficiëntie en inzetbaarheid van de nieuwe behandeling, is het opvolgen van de veranderingen in ligninegehalte. Dit werkpakket heeft aanzienlijke vertraging opgelopen: er werd geen methode gevonden die bruikbaar was voor de analyse van restbaden; uiteindelijk werd op het einde van de projectperiode een indicatieve methode op punt gesteld voor de bepaling van de residuele lignine in de behandelde materialen.
Valoristaie
• Er werd op regelmatige basis overleg gepleegd met de betrokken doelgroep, zowel via de vergaderingen van de Stuurgroep Vlas als via de vergaderingen van de gebruikerscommissie. Dit project werd via diverse kanalen aan de textielindustrie voorgesteld: naast vooral interne presentaties bij Centexbel werd het project opgenomen in Centexbel Info en in de jaarverslagen van Centexbel en van het Algemeen Belgisch Vlasverbond.
• De dienstverlening werd vooral gedragen door de TD Vlastechnologie, wat later overgenomen werd door de TD Weverij en TD Coaten en Verdelen. Er werden vier GTA´s uitgevoerd voor Libeco-Lagae en één GTA voor Deltracon.
• Er werd geen informatie gegeven over verwachte economische output, tewerkstelling in Vlaanderen, omvang return naar Vlaanderen en bescherming intellectuele eigendom.
• Er werd een ecobalans opgesteld die de potentiële besparingen in energie en water (tot 40 – 50% ) aantoont.
