Lignine-onderzoek voor een duurzamere samenleving

Planten gebruiken zonlicht en water om CO2 uit de atmosfeer op te vangen om te kunnen groeien. Deze planten kunnen dan omgezet worden in producten die tegenwoordig gemaakt worden van fossiele grondstoffen zoals aardolie. Terwijl het gebruik van fossiele grondstoffen leidt tot een netto toename van CO2 in de atmosfeer (bijvoorbeeld bij verbranding als brandstof), is dit niet het geval bij het gebruik van planten. Daarom zijn planten een hernieuwbare, koolstofneutrale grondstof.

Planten spelen een belangrijke rol in de strijd tegen de klimaatsverandering.

Lignine-onderzoek is zeer relevant voor een aantal toepassingen. Een eerste voorbeeld is de productie van papier. Om van hout papier te kunnen maken, moet de lignine eruit worden gehaald door houtspaanders te koken in chemische oplossingen bij hoge temperaturen. Hout afkomstig van bomen die minder lignine produceren, kan met minder chemicaliën en energie in papier worden omgezet, wat gunstig is voor het milieu.

Een ander voorbeeld is de omzetting van plantaardig materiaal in een reeks producten die tegenwoordig vooral gemaakt worden van aardolie, zoals brandstoffen, kunststoffen, detergenten, enz. Hiervoor moet de cellulose in het plantaardig materiaal eerst door enzymen afgebroken worden tot eenvoudige suikers die vervolgens door micro-organismen worden omgezet tot deze producten. Ook voor deze toepassing moet de lignine uit de planten worden gehaald. Dus wanneer het plantenmateriaal minder lignine bevat zal de omzetting efficiënter zijn.

Een derde aandachtsgebied is de verbetering van de verteerbaarheid van voedergewassen door herkauwers. Voedergewassen die minder lignine bevatten worden gemakkelijker verteerd, waardoor er meer vlees en melk per oppervlakte kan worden geproduceerd. De productie van vlees heeft een grote impact op het milieu. Het is daarom nog veel beter om onze vleesconsumptie te verminderen zodat meer land gereserveerd kan worden voor andere doeleinden zoals bebossing en herbebossing.

Een vierde voorbeeld is de productie van aromatische moleculen uit lignine zelf. Lignine kan worden omgezet in eenvoudige moleculen die kunnen worden gebruikt als bouwstenen voor de chemische industrie. Ook in dit geval is het gebruik van plantaardig materiaal een hernieuwbaar alternatief voor het gebruik van fossiele grondstoffen.

Belangrijk is dat de planten die als grondstof voor de bioraffinage worden gebruikt, op een duurzame manier worden gekweekt, waarbij bossen en velden de biodiversiteit en het welzijn van bewoners en bezoekers ondersteunen. Hoewel plantaardig materiaal in hoofdzaak hernieuwbaar is, heeft de productie van producten op basis van plantaardig materiaal een ecologische voetafdruk en wordt deze beperkt door de groeisnelheid van de planten. Daarom mogen ook producten die afgeleid zijn van planten niet worden verspild.

Samengevat is het doel van de groep “Bio-energie en Bio-aromaten” om de overgang van een op fossiel-gebaseerde naar een bio-gebaseerde economie te vergemakkelijken.

Geinteresseerd in de details? Dit zijn de domeinen waar het onderzoek van de groep aan bijdraagt.

Voetnoten bij de figuur:

1Studie van lignine in mais zoals bijvoorbeeld in Eloy et al. (2017, Plant Physiology) en Lan et al. (2016, Plant Physiology) en in gerst zoals in Daly et al. (2018, Plant Biotechnology Journal).

2Studie van lignine in vlas zoals bijvoorbeeld in Chantreau et al. (2014, Plant Cell) en Huis et al. (2012, Plant Physiology).

3Studie van lignine in populier zoals bijvoorbeeld in Vanholme et al. (2013, New Phytologist), Niculaes et al. (2014, Plant Cell), Lu et al. (2010, Plant Physiology), Dillen et al. (2009, Tree Genetics & Genomes), Marron et al. (2010, Tree Genetics & Genomes), de Lyra Soriano Saleme et al. (2017, Plant Physiology) en van Acker et al. (2017, Plant Physiology), in spar zoals in Laitinen et al (2017, Plant Physiology) en in den zoals in Wagner et al. (2013, Plant Molecular Biology) en Barakate et al. (2011, Plant Cell).

4Studie van lignine in suikerriet zoals bijvoorbeeld in Bottcher et al. (2013, Plant Physiology) en Cesarino et al. (2013, Journal of Experimental Botany).

5Fundamentele studie van lignine in zandraket (Arabidopsis thaliana) als modelsysteem, zoals bijvoorbeeld in Sundin et al. (2014, Plant Physiology), Oyarce et al. (2019, Nature Plants), de Vries et al. (2018, Biotechnology for Biofuels), De Meester et al. (2018, Plant Physiology), Vanholme et al. (2010, Plant journal), Van Acker et al. (2013, Biotechnology for biofuels), Corneillie et al. (2019, Plant Physiology), Vanholme et al, (2013, Science), De Meester et al. (2018, Plant Physiology), Steenackers et al. (2017, Plant Physiology), Tsuji et al. (2015, Plant Biotechnology Journal), Vanholme et al. (2012, Plant Cell). Over duurzame biotech-bomen kan je meer lezen in Custers et al. (2016, Trends in Plant Science), Harfouche et al. (2012, Trends in Plant Science), Walter et al. (2010, Nature Biotechnology) en Strauss et al. (2009, Nature Biotechnology).

6Studie van de invloed van lignine-engineering op pyrolyse zoals in Toraman et al. (2018, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis en 2016, Bioresource Technology) en Vercruysse et al. (2016, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis).

7Studie van plantextracten zoals bijvoorbeeld in Dima et al. (2015, Plant Cell).

8Studie van verschillende chemische behandelingen zoals in Gómez et al. (2014, BioEnergy Research).

9Studie van de invloed van lignine-engineering op het lignine-eerst verwerkingsproces zoals in Van den Bosch et al., (2015, Energy & Environmental Science).

10Studie van de invloed van lignine-engineering op het versuikeringsproces in onder andere Sundin et al. (2014, Plant Physiology), Oyarce et al. (2019, Nature Plants), de Vries et al. (2018, Biotechnology for Biofuels), De Meester et al. (2018, Plant Physiology), de Lyra Soriano Saleme et al. (2017, Plant Physiology), Vargas et al. (2016, Biotechnology for Biofuels) en Tsuji et al. (2015, Plant Biotechnology Journal

11Studie van de invloed van lignine-engineering op bioethanol productie zoals in Littlewood (2014, Biotechnology for Biofuels) en Van Acker et al. (2014, PNAS).

12Studie van de invloed van lignine-engineering op de materiaaleigenschappen van het hout zoals in Özparpucu et al. (2017, Plant Journal).

13Over de koolstof-negatieve, duurzame biogebaseerde economie kan je meer lezen in Vanholme et al. (2013, Frontiers in Plant Biotechnology).