Haringa bekijkt biologische processen vanuit het oogpunt van het micro-organisme. Met computersimulaties voorspelt hij hoe deze organismen op veranderingen in hun omgeving reageren, en hoe dit de efficiëntie en opbrengst van industriële processen beïnvloedt – processen voor bijvoorbeeld de productie van vitaminen, smaakstoffen en enzymen. De lessen uit deze simulaties probeert hij met collega’s te vertalen naar laboratorium-experimenten, en uiteindelijk tot verbeteringen in de productie-processen.
“Door te snappen wat organismen ‘ervaren’ in een reactor, kunnen we onze productie van bijvoorbeeld gezonde voedingsingrediënten efficiënter maken en duurzamer omgaan met de benodigde grondstoffen”, vertelt Haringa. Een ingewikkeld proces, met nog meer ingewikkelde termen. Maar een zeer belangrijk proces voor het verduurzamen van de industrie.
Lees ook: DSM omarmt biotech-startups in Delft
Biotechnologie in een notendop
Een stoomcursus biochemie: “Bij DSM ontwikkelen we een veelvoud aan producten”, begint Haringa. “Suikers worden het meest gebruikt als grondstof, maar andere organische moleculen kunnen ook als grondstof dienen. Met behulp van micro-organismen zetten we deze grondstoffen om in een grote verscheidenheid aan producten. Deze worden veelal gebruikt in voedingstoepassingen, maar meer en meer zijn dit ook moleculen die weer als basis voor bijvoorbeeld bio-based kunststoffen of bindmiddelen kunnen dienen.”
Efficiënt, schoon en veilig
De biotechnologie is een schone technologie. Inmiddels hebben al veel van DSM’s biotechnologische innovaties hun weg gevonden naar de samenleving. Denk aan een productiestam en ‑proces voor de grootschalige productie van natamycine, een veelgebruikt natuurlijk antischimmelmiddel om diverse soorten voedingsmiddelen en dranken tegen bederf te beschermen. Een ander voorbeeld zijn enzymen die onder andere de vele miljoenen mensen met een lactose-intolerantie in staat stellen om voedzame zuivelproducten in hun voeding op te nemen. Recente innovaties van DSM zijn onder andere Veramaris' omega 3-olie op basis van algen, die een duurzamere aquacultuur en gezondere vis voor de consument mogelijk maakt, en Avansya's calorievrije zoetstof.
“Biotechnologische processen zijn niet alleen ecologisch en economisch interessant, maar zijn ook veilig”, zegt Haringa. “Je werkt bij lage temperaturen en met natuurlijke producten. Bovendien werken we in afgesloten systemen. In feite benutten we de principes en gereedschappen die de natuur ons biedt.”
Lees ook: DSM versnelt de overgang naar een circulaire economie
Van simulatie naar duurzaamheid
Terug naar de computersimulaties. Want alhoewel biotechnologie zich met de wetten van de natuur bezighoudt, speelt een hoop van Haringa’s werk zich achter de computer af. “Net als wij - mensen - consumeren de micro-organismen waar wij mee werken veelal suiker en zuurstof. Het is onze taak te zorgen dat ze te allen tijde de juiste hoeveelheid hebben, waarbij ze optimaal produceren.” Om te testen of zo’n productieproces werkt, begint men met een bioreactor op labschaal, niet veel groter dan een pan met een inhoud van maximaal een paar liter. “Je kunt je voorstellen dat hierin stoffen snel mengen. Maar uiteindelijk willen we naar fabrieksschaal. Dan praten we over vaten van tot wel 500 kubieke meter (red. 500.000 liter). Het wordt dan een stuk moeilijker – vaak onmogelijk – om overal de optimale hoeveelheid suiker en zuurstof te leveren, en cellen zullen op verschillende plekken in de reactor verschillende condities ervaren. Met computersimulaties proberen we inzicht te krijgen in hoe organismen reageren op deze verschillen.”
Minder landgebruik
De computersimulaties dragen bij aan de kennis die nodig is om op te schalen. Soms zijn organismen erg gevoelig voor verschillen in de condities, wat tot een lagere productie kan leiden. “Door middel van deze simulaties krijgen we inzicht waarom sommige processen op productieschaal minder goed werken dan we op basis van het lab hadden gedacht, en kunnen we proberen het gat te dichten, waardoor we uiteindelijk minder grondstof nodig hebben.” Naast een financiële impact heeft dit ook gevolgen voor landgebruik.
“Onze grondstof is suiker afkomstig van planten of plantafval. Als het lukt om met behulp van de simulaties een efficiëntieslag te maken van 20 procent, betekent dat ook 20 procent minder landgebruik voor dezelfde hoeveelheid eindproducten. “Uiteindelijk willen we deze simulaties ook inzetten bij het opschalen van nieuwe processen, en door altijd de uiteindelijke procescondities als uitgangspunt te nemen, voorkomen dat verschillen tussen labschaal en productieschaal überhaupt optreden.”
Lees ook: DSM zet in recordtijd productieketen op voor 2.8 miljoen teststaafjes voor corona
Innovaties binnen DSM
Alhoewel de principes van de biotechnologie al honderden jaren bekend zijn, is het gebruik van computersimulaties een relatief nieuwe tak van sport. Deze geavanceerde rekenmethoden worden pas sinds een paar jaar voor commerciële doeleinden ingezet. “Met de technologie van nu, kunnen we ook kritisch naar het mengproces van bestaande installaties kijken. Niet alleen vanuit de organismen, ook vanuit de hardware. Kunnen we energieverbruik reduceren als we een andere roerder in de installatie gebruiken, of productie verhogen als we de voeding anders doseren? Je hebt het dan over een paar procent winst, maar in een vat van tienduizenden liters, vertaalt dit zich al snel naar een gigantische efficiëntieslag.”
Lineair wordt circulair
Haringa en zijn collega’s proberen van steeds meer lineaire productieprocessen een circulaire keten te maken. Een voorbeeld: In 2030 moet 30 procent van de grondstoffen die DSM gebruikt in coatingharsen gerecycled of biobased zijn, maar Haringa kijkt verder. “Technisch gezien is het mogelijk om 100 procent circulair te zijn. In biomassa zitten in principe alle grondstoffen die je nodig hebt om bindmiddelen voor verf te maken en met een combinatie van recycling en biomassa als grondstof kunnen we uiteindelijk in onze grondstofbehoefte voorzien.”
De Heilige Graal
Volgens Haringa is er nog veel meer mogelijk met behulp van biotechnologie. “We gebruiken vaak maar bepaalde componenten uit de biomassa als grondstof, zoals suikers, maar uiteindelijk willen we alles gebruiken. Hoe gaan we dat bereiken? Hoe kunnen we waardevolle reststromen, die we nu nog verbranden, hergebruiken? Hiervoor zal een combinatie van chemische omzettingen en biotechnologie nodig zijn. Het ideaalbeeld zou zijn als we waterstof, opgewekt met duurzame energie, CO2 of zelfs duurzame elektriciteit direct kunnen inzetten in bioprocessen. Vervolgens kunnen we micro-organismen gebruiken om hier waardevolle producten van te maken. Dat is echt de heilige graal van de biotechnologie.”
Beeld: Adobe Stock, DSM
schrijf je in voor de nieuwsbrief
Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan!
Schrijf je nu in