ENGINEERINGNET.BE - De bouwstof 2(5H)-furanon geldt als een veelzijdig molecuul dat kan dienen als basis voor kunststoffen, geurstoffen en farmaceutische verbindingen.
De Wageningse promovendus Dmitri Pirgach slaagde erin deze stof te maken uit furfural, een vloeistof die wordt gewonnen uit suikers van plantaardige resten zoals landbouwafval.
De productie vindt plaats in een elektrochemische reactor. In plaats van vloeibaar broom, gebruiken de onderzoekers bromidezouten, zoals natriumbromide. Dat zijn relatief onschuldige zouten waarin broom in gebonden vorm voorkomt.
Zodra er stroom door de reactor loopt, oxideert het bromidezout aan de elektrode tot broom. Dat reageert met water waarna het furfural oxideert en een reeks chemische stappen in gang zet. Uiteindelijk ontstaat zo 2(5H)-furanon.
Broom ontstaat dus alleen op het moment dat de reactie plaatsvindt en reageert direct verder. Daardoor hoeven chemische fabrieken geen voorraden van deze giftige vloeistof op te slaan of te vervoeren. Dat maakt het proces een stuk veiliger.
Het idee om furanon elektrochemisch te maken is niet nieuw. Chemici probeerden dat al eerder en gebruikten daarbij een elektrochemische reactor met twee compartimenten, gescheiden door een membraan. Die scheiding voorkomt dat reactiestappen elkaar verstoren. Die aanpak heeft echter ook nadelen: membranen zijn duur, slijten relatief snel en verhogen het energieverbruik.
Pirgach koos daarom voor een ongescheiden cel, een elektrochemische reactor zónder scheidingswand. Dat maakt de reactor goedkoper en energiezuiniger. Maar omdat alle stoffen zich in dezelfde ruimte bevinden, kunnen ze allemaal met elkaar en beide elektrodes reageren, waardoor er ongewenste bijproducten ontstaan.
Om dat probleem te beperken, voegde hij een kleine hoeveelheid zwavelzuur toe aan het reactiemengsel. Zuur verandert de omstandigheden in de reactor en stuurt zo het verloop van de reactie.
Daardoor ontstaan minder ongewenste stoffen en verloopt de vorming van furanon betrouwbaarder. Met die aanpassing werkte de elektrochemische route ook in de eenvoudige reactor zonder membraan.
Volgens Pirgach bleef het energieverbruik daarnaast beperkt. “De reactie in het lab kostte minder dan 0,5% stroom die een waterkoker nodig heeft voor een kookbeurt.”
Reacties die op gramschaal goed werken, gedragen zich in grotere reactoren vaak anders. Toch denken de onderzoekers dat elektrochemische routes zoals deze een rol kunnen gaan spelen in duurzamere chemische productie.
De milde reactiecondities en de mogelijkheid om dit lokaal in Nederland te produceren zijn, volgens hen, belangrijk voor de ontwikkelingen in de Europese chemische industrie.
