Een belangrijke pijler van de economie in Midden- en Zuid-Amerika is de cacaoteelt. Die wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van chocolade. Cacaobonen hebben echter ernstig te lijden onder de gevolgen van de schimmelziekten. Een epidemische verspreiding in de jaren negentig leidde tot een drastische ineenstorting van de cacaoproductie in Brazilië. Ondanks alle inspanningen slaagt men er nog steeds niet in de ziekten te bestrijden. In de chocoladeproductie is het weggooien van beschadigde cacaovruchten de enige optie.
Hier komt het CORNET-project “Damaged beans” om de hoek kijken. Het is de bedoeling recyclingroutes voor zieke cacaobonen uit te stippelen. De beschadigde cacaovruchten zijn mogelijk te gebruiken voor de productie van cosmeticaproducten, smeermiddelen en reinigingsmiddelen. In het project Damaged Beans werkt het Fraunhofer IVV in Freising daarom samen met de Universiteit van Campinas. Ze werken aan de ontwikkeling van specifieke methoden om verschillende schimmelinfecties op te sporen en te classificeren. Daarna willen ze nieuwe toepassingen vinden voor cacaobonen van lage kwaliteit.
Deze aanpak heeft het potentieel om de hele cacaowaardeketen te optimaliseren. De boeren zullen een groter deel van hun oogst op de markt kunnen brengen. Het federale ministerie van Economische Zaken en Klimaatbescherming (BMWK) financiert het project. Fraunhofer zorgt voor de coördinatie terwijl een consortium van 19 industriële partners het project ondersteunt.
“Cacaopoeder en cacaoboter worden geproduceerd uit cacaobonen. Cacaoboter heeft een ander smeltgedrag als gevolg van chemische veranderingen veroorzaakt door de schimmelziekten ‘heksenbezem’ en ‘black pod disease’. Het is daarom zachter bij kamertemperatuur/lichaamstemperatuur. Dit kan voordelig zijn voor cosmetische toepassingen. Vooral voor vethoudende natuurlijke cosmetica zoals lippenstift, bodylotions en crèmes,” legt Dominic Wimmer uit. Hij is onderzoeksmedewerker en projectleider bij het Fraunhofer IVV.
Een gewijzigde samenstelling van aminozuren en eiwitten verhoogt de gelerende en verdikkende eigenschappen. Dit zou van de ingrediënten van beschadigde cacaobonen een ideaal substituut kunnen maken voor de acrylaten. Acrylaten worden in conventionele cosmetica gebruikt als geleer- of verdikkingsmiddelen. Ze kunnen echter allergieën op de huid veroorzaken.
De onderzoekers willen de door schimmels aangetaste cacaobonen openstellen voor gebruik buiten de voedingsindustrie. De universiteit van Campinas ontwikkelt daarvoor eerst onderzoeksmethoden op basis van near-infrared spectroscopie (NIR). Hiermee kunnen onderzoekers de mate van aantasting en de fysisch-chemische kwaliteit van de door schimmels aangetaste cacaobonen bepalen.
Vervolgens zet het Fraunhofer IVV een meerfasig cascade-extractieproces op. Dit is nodig om na vetafscheiding cacaoboter, eiwitten en secundaire plantaardige stoffen (SPS) zoals polyfenolen te extraheren voor toepassingen in de cosmetische en chemische industrie. Tijdens dit proces worden eiwitten en fytochemicaliën geëxtraheerd met behulp van een reeks oplosmiddelen. “Schimmelziekten zorgen ervoor dat de samenstelling en de eigenschappen van de eiwitten en fytochemicaliën veranderen. Maar ondanks hun afwijkende structuur zijn ze – net als cacaoboter – geschikt voor technische toepassingen zoals biogebaseerde schoonmaakmiddelen, ontsmettingsmiddelen en smeermiddelen. Ze bieden de mogelijkheid om grondstoffen op basis van minerale oliën te vervangen door natuurlijke ingrediënten, die een duurzaam alternatief vormen”, aldus de onderzoeker.
Om de waardevolle ingrediënten van de cacaobonen te verkrijgen zijn soms complexe processen nodig. Daarom onderzoeken Wimmer en zijn team in hoeverre tijd- en energie-intensieve fermentatie- en droogprocessen of roosteren in het extractieproces achterwege kunnen blijven als het eindproduct niet in levensmiddelen wordt gebruikt.
Bovendien wil het onderzoeksteam de cacaoboter niet extraheren door deze in een vetpers te persen, maar met behulp van organische oplosmiddelen zoals ethanol en superkritisch CO2 – een bijzonder zachte methode. Om eiwitten en secundaire plantaardige stoffen te extraheren worden de vaste bestanddelen behandeld met waterige extracties. Door de druk en de temperatuur te variëren, kan de oplosbaarheid worden aangepast aan de gewenste secundaire plantenbestanddelen en eiwitten, waardoor een specifieke extractie wordt bereikt.
“Door ons cascade-extractieproces kunnen beschadigde bonen verder worden verwerkt. Voor de betrokken landbouwbedrijven openen zich nieuwe kanalen voor toegevoegde waarde met een groot financieel potentieel. Wereldwijd zijn 40 tot 50 miljoen mensen werkzaam in de cacaoproductie, waarvan 80 tot 90 procent op kleine boerderijen”, somt Wimmer op. “Bovendien beschikt de chocolade-industrie hierdoor over meer zuivere grondstoffen die geschikt zijn voor levensmiddelen”.
Foto: Nieuwe recyclingroutes moeten beschadigde cacaovruchten bruikbaar maken voor de productie van cosmetica, maar ook voor smeermiddelen en reinigingsmiddelen (foto: Fraunhofer IVV)
Fraunhofer doet onderzoek op diverse gebieden. Lees bijvoorbeeld ook het volgende artikel: Uiterst gevoelige robotgrijper: pneumatiek is niet nodig
De eerste windturbine met de RecyclableBlades van Siemens Gamesa is geïnstalleerd. De recyclebare wieken zijn geplaatst als onderdeel van het Kaskasi windpark van RWE in Duitsland. Dit park ligt 35 kilometer ten noorden van het eiland Heligoland in de Duitse Noordzee.
RecyclableBlades zijn de eerste recyclebare wieken voor windturbines voor commercieel gebruik offshore ter wereld. De wieken kunnen na hun levensduur worden gescheiden in verschillende materialen. Dit maakt recycling van de materialen in nieuwe toepassingen mogelijk en vergroot de duurzaamheid van windturbines.
De wieken zijn een jaar geleden door Siemens aangekondigd. “De tijd om de klimaatnoodsituatie aan te pakken is nu, en we moeten dit op een holistische wijze doen. In het pionieren van windcirculariteit – waar elementen bijdragen aan een circulaire economie voor de windindustrie – hebben we een belangrijke mijlpaal bereikt in een gemeenschap die zorg voor de omgeving centraal plaatst. De RecyclableBlades zijn een volgend tastbaar voorbeeld van hoe Siemens Gamesa de technologische ontwikkeling in de windindustrie leidt”, zei Andreas Nauen, CEO van Siemens Gamesa, bij de introductie van de circulaire wieken.
Recycling is al langer een belangrijk onderwerp bij de ontwikkeling van windturbines. Zo zijn onder meer de toren en de motorgondel van turbines in veel gevallen (deels) recyclebaar. De composietmaterialen die in de wieken van windturbines zijn verwerkt waren echter moeilijker herbruikbaar. Met de RecyclableBlades wil Siemens Gamesa hierin verandering brengen. Het bedrijf ziet de wieken als een belangrijke stap richting een toekomst waar volledig recyclebaarheid van projecten een marktvereiste is. Het bedrijf stelt zichzelf als doel in 2040 volledig recyclebare windturbines te bouwen.
Het bedrijf kondigde bij de lancering al aan samen met RWE de eerste windturbines met recyclebare wieken te gaan installeren bij het Kaskasi project. De wieken bestaan uit een combinatie van materialen die verwerkt zijn in een hars voor het creëren van een sterke, stijve structuur. Bij de RecyclableBlades kunnen de hars, koolstofvezel, hout en andere materialen van elkaar worden gescheiden met behulp van een mild zure oplossing. Deze materialen zijn vervolgens herbruikbaar in de circulaire economie. Zo kunnen partijen het materiaal verwerken tot nieuwe koffers of televisies, zonder dat hiervoor nieuwe grondstoffen nodig zijn.
Sven Utermöhlen, CEO Wind Offshore, RWE Renewables: “Dat we in ons offshore windpark Kaskasi ’s werelds eerste recyclebare windturbinebladen onder operationele omstandigheden testen, is een belangrijke stap voor het naar een hoger niveau tillen van de duurzaamheid van windturbines. De eerste turbine die is uitgerust met Siemens Gamesa’s RecyclableBlades wekt elektriciteit op. De uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen moet resoluut worden gestimuleerd. Snellere offshore-uitbreiding is vooral belangrijk om tegelijkertijd klimaatdoelstellingen te halen en meer energiesoevereiniteit te creëren. Wij van RWE willen hieraan bijdragen en de ingebruikname van de eerste turbine van ons Kaskasi offshore windpark is een duidelijk teken van deze intentie.”
Op termijn wil RWE in zijn Kaskasi windpark meerdere turbines uitrusten met de B81 RecyclableBlades. B81 staat hierbij voor de lengte van de wieken, die 81 meter lang zijn. Het windpark bestaat op termijn uit 38 SG 8.0-167 DD windturbines, die samen 342 MW aan duurzame energie opwekken. Deze stroom levert RWE aan 400.000 Duitse huishoudens.
De RecyclableBlade-technologie is ook beschikbaar voor de 108 meter lange B108-bladen van de SG 14-222 DD offshore-windturbines en de 115 meter lange B115-bladen voor SG 14-236 DD-turbines.
Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: Pixabay / Steppinstars