Sådan omdannes sukker til klimavenlig plastik

Teknologiens hemmelighed

Den reaktor, som anvendes til sukkerkrakningen, kan på mindre end ét sekund varme sukkeropløsningen op til 500-600 grader. Og denne lynopvarmning er altafgørende. Hvis opvarmningen sker for langsomt, bliver karamel dannet undervejs i processen. Og karamel skal man for alt i verden undgå, for det klistrede stads sviner reaktoren til – og det er desuden umuligt at omdanne karamelmassen til det ønskede stof, glykolaldehyd.

Hemmeligheden bag teknologien er en såkaldt fluid bed-proces. Inde i reaktorkammeret tilføres der konstant et 500-600 grader varmt keramisk pulver. Pulveret løftes op i reaktoren af en sukkeropløsning i gasform, som blæses ind. Denne strøm af ’sukkergas’ får det keramiske pulver til at opføre sig som en væske. Det kaldes for fluidisering, og det skaber en god og jævn kontakt mellem sukkeropløsningen og det keramiske pulver. Dermed sikrer man en effektiv lynopvarmning af sukkeret, så man opnår den ønskede krakning til glykolaldehyd.

Kold reaktor

Der, hvor sukkeropløsningen blæses ind over det varme pulver, er et meget kritisk sted i processen, fortæller Anker Degn Jensen.

For bedre at kunne studere denne kritiske proces har DTU Kemiteknik bygget en modificeret udgave af reaktoren, der opererer under kolde betingelser. Her er alle reaktorens dele konstrueret i gennemsigtig plastik, så man kan se ind i selve reaktoren. Og cirkulering af det faste stof – det keramiske pulver – sker ved stuetemperatur i stedet for 500-600 grader.

”Ved at observere pulverets cirkulation i reaktoren og samtidig følge sammenhængen mellem koncentrationen af pulveret forskellige steder i opstillingen som funktion af tilførslen af mængden af gas har vi fået en langt bedre forståelse af processen,” forklarer professoren. 

Dette studie blev udført som et postdocprojekt i samarbejde med DTU Kemitekniks værksted, der har bygget reaktoren. Derudover er to ph.d.-studier gennemført, som har fokuseret på henholdsvis kemiske reaktioner ved anvendelse af forskellige pulvertyper og computerberegning af de processer, som foregår inde i reaktoren. 

I den nuværende fase af projektet ser DTU mere detaljeret på sukkerkrakningen. Et postdocstudie tester forskellige materialer til brug som pulver i reaktoren for at analysere, om det er muligt at få processen til at foregå ved lavere temperaturer.

Længe undervejs

Udviklingen af den nye teknologi har været længe undervejs. Den tog sin spæde start i 2010 i form af et ph.d.-projekt på Topsoe, hvor en lille testreaktor i laboratorieskala blev bygget for at undersøge konceptet. Resultaterne var lovende, og i 2017 fik Topsoe sammen med DTU en bevilling på 30 mio. kr. fra Innovationsfonden til en opskalering af processen ved at bygge et pilotanlæg til produktion af ethylenglykol. Pilotanlægget kan behandle omkring 50 kg sukkermasse i timen. Et kommercielt produktionsanlæg skal skaleres mindst 500 gange op.

I 2021 fik Topsoe sammen med DTU, Nordic Sugar A/S og University of Western Ontario yderligere 18,6 mio. kr. i støtte fra Innovationsfonden til at eksperimentere med reaktoren og selve processen for at optimere produktionen.

Slutmålet for Topsoe er at vise, at processen fra sukker til ethylenglykol kan opskaleres til egentlig industriproduktion. Esben Taarning er optimistisk, men også lidt spændt.

”Vi håber, at det første anlæg kan starte op i 2026. Det vil være vildt,” siger han.

Og aftageren er allerede klar i kulissen. Et joint venture mellem verdens største bioplastikproducent, Braskem, og det japanske industrikonglomerat Sojitz har meldt sig klar til at købe en licens til at bygge det første kommercielle anlæg, når teknologien er på plads.

Det er et stort marked, man til den tid træder ind på. Der produceres årligt omkring 30 mio. ton ethylenglykol på verdensplan, og CO2-aftrykket er betydeligt. Med den nye sukkerbaserede teknologi regner Esben Taarning med, at man vil være i stand til at reducere CO2-belastningen til det halve af den nuværende fossile belastning.