Productie van polyurethaan kan een stuk milieuvriendelijker

We gebruiken elke dag allerlei producten waar PUR in zit. Het zit in matrassen, in muren en in de wieltjes van skateboards. Maar het productieproces van deze belangrijke stof is verre van duurzaam. Wetenschappers proberen groene alternatieven te vinden, maar de industrie heeft nog een zetje nodig om mee te werken.

23 januari 2017

In bijna elk huis in Nederland kun je PUR of polyurethaan terugvinden. Het bekendste voorbeeld van dit polymeer is PUR-schuim, dat in de muren zit en voor isolatie en vuurbestendigheid zorgt. Ook vind je PUR terug in de lak, bumpers en stoelen van je auto. Het zit in matrassen, banken en zelfs in je douchegordijn. Een erg flexibel en handig stofje dus en jaarlijks gaat er meer dan vijftig miljard dollar om in de productie en verkoop. Toch heeft PUR ook een donkere kant.

Wat is PUR?

PUR staat voor polyurethaan, een molecuul dat je kunt maken door isocyanaat en een polyol – een stof met meerdere alcoholgroepen van zuurstof en waterstof – met elkaar te mengen. Deze stoffen gaan een chemische reactie aan en vormen een polymeer, oftewel samengesteld molecuul. Om van dit polymeer het bekende schuim te maken voegen de producenten een vloeistof toe die door de warmte van de reactie gaat ‘koken’ en bellen vormt. Deze bellen zorgen voor de luchtige structuur van PUR die we in veel muren terugvinden. Om ruimte te besparen en transport makkelijker te maken combineren aannemers twee componenten vaak pas op locatie. Het schuim vormt zich dus pas als de stoffen samen tegen de muur aan worden gespoten.

Het isocyanaat (linksboven) reageert met een polyol (rechtsboven) tot polyurethaan.

PUR werkt goed en veelzijdig, maar het productieproces van deze stof is niet bepaald milieuvriendelijk. Het bestaat uit de stoffen polyol en isocyanaat: polyol komt uit fossiele brandstoffen en isocyanaat maak je met fosgeen, een enorm giftig gas. Genoeg redenen dus voor onderzoekers om duurzame alternatieven te vinden die als het even kan ook niet zo gevaarlijk zijn.

Alternatieve reacties

Een van die onderzoekers is Paolo Pescarmona, die aan de Rijksuniversiteit Groningen werkt aan de ontwikkeling van duurzame chemische producten. Hij vertelt dat je de reactie op twee manieren kunt vergroenen: isocyanaat vervangen door een minder giftige stof of polyol maken uit biogebaseerde grondstoffen – grondstoffen die je bijvoorbeeld uit planten of hout kunt halen. Maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan, vooral omdat je rekening moet houden met de toepassingen van het schuim. “Je kunt PUR op dit moment al wel maken met andere grondstoffen, maar die reacties werken niet op locatie”, aldus Pescarmona. “Veel alternatieve reacties werken simpelweg niet snel genoeg.”

Zes bekers op een rij met vloeistof die het proces van het ontstaan van schuim laten zien. — Als isocyanaat en polyol bij elkaar worden gegooid ontstaat er meteen een schuim. Dit schuim neemt veel meer ruimte in dan de twee vloeistoffen.
Wikimedia Commons, Elastogran GmbH via CC BY-SA 2.0

Het vervangen van isocyanaat lukt al grotendeels; in plaats van deze giftige stof gebruiken wetenschappers steeds vaker zogenaamde diamines. Deze moleculen bestaan uit een keten van koolstof en waterstof, met aan beide uiteindes een groep van een stikstofatoom met twee waterstoffen eraan, de NH₂-groep. Veel amines maken we nu nog gebaseerd op fossiele grondstoffen, maar Pescarmona ziet steeds meer biobased amines op de markt verschijnen. “Diamines zijn niet de meest veilige stoffen op aarde, maar wel een stuk groener en veiliger te maken dan isocyanaat”, zegt Pescarmona.

Om uiteindelijk PUR te produceren combineer je de diamines met zogenoemde organische carbonaten. Pescarmona werkt zelf aan de combinatie van diamines en cyclische carbonaten, gemaakt van CO₂. “We kunnen die moleculen niet maken van CO₂ uit de lucht”, licht hij toe. “Maar als je de reactie aan kunt sluiten op uitstoot van fabrieken met een hoge concentratie CO₂ maak je het hele proces nog groener.”

Een stuk hard pur-schuim op een zwarte achtergrond. — Hard PUR-schuim zit vaak in de muren van je huis.
Wikimedia Commons, Alice Markham via CC-BY-SA-2.5

One-pot-reactie

Zo ver is het alleen nog niet. Voorlopig moet Pescarmona de reactie nog optimaliseren, want hij wil van de hele reactie van carbonaat tot PUR graag een _one-pot_-reactie maken. Bij zo’n reactie gooi je alle grondstoffen in een grote reactor en aan het eind komt er PUR uit. “Als je tussendoor niks hoeft te isoleren, kun je de reactie makkelijker opschalen”, legt de chemisch-technoloog uit. “Dat scheelt weer een stap naar een eventuele industriële toepassing, maar dan moeten we eerst een katalysator vinden die alle processen in die pot tegelijk kan versnellen. Dat lukt niet zomaar, zo’n katalysator moet erg flexibel zijn.”

Ondertussen werken ook enkele grote chemische bedrijven zoals BASF aan alternatieve groene productiemethoden, maar Pescarmona verwacht niet dat ze van de een op andere dag hun hele proces om gaan gooien: “De industrie baseert haar keuzes altijd op winst. En zolang de oude methodes goed werken, heeft men geen reden om de reacties te vervangen.” Een betere communicatie tussen industrie en wetenschappers zou al een hoop oplossen: “Wij moeten met de industrie praten, anders weten we niet hoe we onze reacties kunnen verbeteren. Als wij dan beter passende reacties aan kunnen leveren, gaat dat hun ook een hoop opleveren.”