Omzetting van gewasresten van microalgen in polymeren

In dit artikel zetten de partners van het ALPO-project ("Nieuwe polymeermaterialen van microalgen biomass") de vorderingen van hun onderzoek uiteen.

18 sep. 2020

#

De laatste jaren heeft onderzoek naar microalgen steeds meer aandacht gekregen dankzij hun mogelijk gebruik als hernieuwbare, duurzame en economische bron van biobrandstoffen (1). Microalgen worden onder meer gebruikt in de context van bioactieve medicinale producten, biofarmaceuticals en voedselingrediënten. Ze zijn ook een perfecte vervanger van dagelijks gebruikte fossiele brandstoffen, aangezien microalgen goedkoop, hernieuwbaar en minder schadelijk voor het milieu zijn. Om deze redenen is het volledige potentieel van microalgen nog zeker niet benut.

Een andere aantrekkelijke eigenschap van microalgen is dat hun vetzurenprofiel tot 70% onverzadigde en mono-onverzadigde vetzuren kan bevatten (2). Dit is vaak een mengsel van palmitinezuur, stearinezuur en oliezuur. Deze bezitten een verschillend aantal dubbele bindingen, dewelke chemisch gemodificeerd kunnen worden op verschillende manieren om het uiteindelijke materiaal nieuwe eigenschappen te geven. De focus van het ALPO project is om dergelijke strategie te gebruiken om beter de eigenschappen van materialen gebaseerd op microalgen te begrijpen en te kunnen voorspellen. Een perfecte kandidaat om te gebruiken in tests is lijnzaadolie aangezien zijn samenstelling gelijkaardig is aan die van microalgen, terwijl films kunnen worden gevormd door crosslinking met een bifunctionele TAD (bisTAD) molecule zoals is voorgesteld in Figuur 1.

Afhankelijk van het type vetzuur kan de geleringstijd variëren van 10 minuten tot 120 minuten. Wanneer bijvoorbeeld equimolaire hoeveelheden van methyl linolate (drie dubbele bindingen) en bisTAD werden gemengd, dan was de crosslinking voltooid in 120 minuten. Als men echter lijnzaadolie (zes dubbele bindingen) gebruikt, dan was de gelering al afgelopen binnen een minuut. Dit toont aan dat een verandering in de hoeveelheid dubbele bindingen een impact heeft op de crosslinking tijd, wat dan weer zal resulteren in verschillende materiaal eigenschappen.

Om hun antioxidanten gedrag te begrijpen werd een radicaal scavenger onderzoek uitgevoerd waarbij gebruik werd gemaakt van lijnzaadolie en een standaard antioxidant die diende als modelcomponent. De reactie kan makkelijk gevolgd worden via UV/Vis aangezien de absorptie van de radicalen afneemt over tijd. De modelstudies waren veelbelovend en een kalibratiecurve kon worden gevormd. De absorptietesten van de algen waren echter moeilijk te karakteriseren aangezien de absorptie van de radicalen overlapt met die van de algen.

Een andere methode om deze polymeer materialen te bekomen bestaat uit het omzetten van de vetzuren naar monomeren die gepolymeriseerd kunnen worden. In de volgende stap kunnen die polymeren dan ook geleren door middel van een bifunctionele crosslinker. Deze strategie laat toe dat het aantal dubbele bindingen op een polymeerketen kunnen worden gecontroleerd, waardoor er meer flexibele of meer rigide materialen gevormd kunnen worden. Ook kan het gebruik van een kortere of langere bifunctionele crosslinker resulteren in verschillende eigenschappen. Al deze parameters kunnen worden aangepast zodat de materiaal eigenschappen matchen met de beoogde applicatie.


References

(1). M. I. Khan, J. H. Shin and J. D. Kim, Microb Cell Fact, 2018, 17, 1-21.

(2). C. Safi, B. Zebib, O. Merah, P. Y. Pontalier, C. Vaca-Garcia, Renew. Sust. Energ. Rev., 2014, 35, 265-278.