Jaarlijks wordt zo’n 40 miljoen ton aan kippenveren overgehouden in de pluimveeteelt. Zwitserse onderzoekers hebben nu een manier gevonden om die veren te gebruiken in de membranen van waterstofmotoren, wat miljoenen tonnen afval zou uitsparen en brandstofcellen milieuvriendelijker zou maken.
Omdat er momenteel nog geen toepassing is voor de verenhoop worden ze meestal gewoon verbrand, maar daarbij komen grote hoeveelheden CO2 en giftige gassen vrij. Het keratine in de veren zou gebruikt kunnen worden om de membranen in een brandstofcel te vormen. Die brandstofcellen zijn veelbelovend als schone energiebron, omdat ze elektriciteit opwekken uit waterstof en zuurstof. Daarbij komen enkel warmte en water vrij, en dus geen broeikasgassen of luchtvervuiling.
Vingernagels en veren
Zo’n membraan werd voorheen gemaakt met giftige chemicaliën, maar het kan dus ook anders. Pieter Billen, hoofddocent aan de opleiding Chemie/Biochemie aan de UAntwerpen, legt uit hoe zo’n membraan is opgebouwd.
“Een membraan heeft altijd meerdere componenten. Het heeft altijd een draagstructuur, het heeft een actieve laag om dingen door te laten, enzovoort. Dus een membraan zit vrij complex in elkaar.
De basis daarvoor kan je uit verschillende types polymeren maken. Tegenwoordig wordt er waarschijnlijk vaak gebruikgemaakt van synthetische polymeren.”
Nu is het dus ook mogelijk om die polymeren uit keratine te halen, een eiwit dat structuur geeft aan bijvoorbeeld vingernagels, horens en dus ook veren.
“Keratine is een eiwit dat vezelachtig kan gevormd worden en mee structuur geeft. In dat opzicht is keratine een interessant materiaal voor membraanstructuren. Net omdat er zoveel pluimen zijn, is dat het een goed idee om die te gebruiken als grondstof.”
Onderzoekstopics verbinden
Een kippenveer bestaat voor 90 procent uit keratine. Met een relatief eenvoudig en milieuvriendelijk proces winnen de wetenschappers het eiwit uit de veren om ultrafijne vezels te maken, waarmee ze een membraan samenstellen. Zo’n in het laboratorium vervaardigd membraan zou tot drie keer goedkoper zijn dan conventionele membranen. De nieuwe membranen zouden dus niet alleen goedkoper zijn, maar ook een oplossing voor het teveel aan veren.
“Dat is natuurlijk ook een leuk en interessant deel aan dit onderzoek. Je hebt de ontwikkeling van waterstofmotoren, wat tegenwoordig heel actueel is. Dan is het wel een interessante gedachte dat je keratine zou halen uit die grote verenberg.
Je wil verschillende interessante en moderne onderzoekstopics verbinden, om een heel leuke titel te hebben waar veel mensen aandacht voor hebben.”
Duurzaam en afbreekbaar
Raffaele Mezzenga, hoogleraar Voeding en Zachte Materialen aan de ETH Zürich, beweert dat ze een kringloop hebben gesloten door een vervuilende stof in een andere omgeving te gebruiken. Wat vindt u daarvan?
“Het interessante vind ik dat keratine een materiaal is dat in geen enkel ander systeem een toepassing heeft. Omdat het zo’n niche materiaal is, en dus ook een niche afvalstroom heeft, kan je het ook niet in een andere materiaal gebruiken om het daarna nog eens te recycleren. Die claim die de professor maakt vind ik zeker gerechtvaardigd, omdat je weet dat die complexe polymeren niet meer gerecycleerd kunnen worden.”
Waarom is deze manier van werken zo duurzaam?
“Als je het op moleculair niveau bekijkt, heb je je polymeer op geen enkel moment volledig moeten afbreken. Dan kijken we naar materiaalcycli en zo weinig mogelijk energieverbruik.
Bij polymeren is het zo dat, hoe meer je het gaat afbreken, hoe meer energie en chemicaliën je in het systeem moet steken. We willen het dus zo intact mogelijk houden.
Je hebt dus twee criteria: je hebt niet veel energie moeten steken in het proces om het membraan te maken, en als dat membraan op het einde van zijn leven verbrand moet worden, is het niet zo’n grote ramp omdat het biologisch afbreekbaar is.”
Het is dus belangrijk om zo energiezuinig mogelijk te zijn en zoveel mogelijk met biologisch afbreekbaar materiaal te werken. Hoe ingewikkeld is dat proces?
“Je moet proberen het polymeer intact te houden. En het leuke is dat het polymeer een zekere structuur krijgt als je het terug laat uitharden. Als die structuur die je nodig hebt overeenkomt met je oorspronkelijke materiaal, kan ik mij voorstellen dat je chemisch gezien een vrij eenvoudig proces kan bedenken. Keratine is al een polymeer, dus ik denk niet dat je daar zoveel intensieve verwerkingsstappen moet doen om er een functioneel materiaal van te maken.”
De Zwitserse onderzoekers hebben hun patent aangevraagd, maar er moet nog verder worden onderzocht hoe stabiel en duurzaam het keratinemembraan juist is. Ook willen ze nog zien hoe ze het meer performanter kunnen maken. De wetenschappers speculeren al over meer toepassingen, zelfs voor de productie van waterstof.