Eigenlijk is Kaumera een beetje bij toeval ontdekt”, zegt Yuemei Lin, researcher bij de afdeling Biotechnology aan de faculteit TNW. “Het komt voort uit de ontwikkeling van een andere zeer succesvolle technologie die in Delft is ontstaan, namelijk Nereda.” Dit is een duurzame zuiveringstechnologie voor rioolwater waarbij het reinigende, actief slib geen vlokken vormt, maar korrels. Hierdoor bezinkt dit slib veel sneller en makkelijker. De technologie heeft een hoog zuiveringsrendement, neemt weinig ruimte in beslag (er zijn geen grote bezinktanks meer nodig) en verbruikt relatief weinig energie. De ontdekking van Kaumera kwam voort uit de vorming van het korrelslib.

“Stephen Picken, hoogleraar aan de TU Delft, heeft een en ander verder uitgezocht en we hebben vervolgens de handen ineen geslagen. We ontdekten nog veel meer positieve eigenschappen van het biopolymeer Kaumera, dat geproduceerd wordt in Nereda-afvalwaterzuiveringen.”

Jaarlijks produceren mensen en bedrijven in Nederland miljoenen kubieke meters afvalwater. Dit water wordt gezuiverd door de waterschappen. Maar zij zien dit niet meer louter als afval, maar als waardevolle bron van schoon water, schone energie en, in het geval van Kaumera, als bron van waardevolle grondstoffen.

Het korrelslib bevat een hoog percentage Kaumera. In sommige toepassingen vertoont Kaumera overeenkomsten met het biopolymeer alginaat dat normaal wordt gewonnen uit zeewier. De polymeerproductie wordt door micro-organismen gedaan en op basis van dit polymeer kunnen materialen worden gemaakt die geschikt zijn voor een breed terrein aan toepassingsgebieden en bovendien goedkoop zijn. Zo kunnen composietmaterialen worden gemaakt door andere materialen in de polymeer-matrix op te nemen, zoals klei, grafeen(oxide) en andere nanodeeltjes.

Deze biogebaseerde polymeermaterialen hebben het voordeel dat ze duurzaam en biologisch afbreekbaar zijn. Ze zijn niet giftig en niet ontvlambaar. Door op deze manier natuurlijke materialen na te bootsen, is het mogelijk om lichtgewicht polymeermaterialen te produceren met zeer goede eigenschappen; sommige eigenschappen zijn zelfs beter dan van de huidige oliegebaseerde polymere materialen.

Israël

Yuemei Lin heeft een achtergrond in de natuurkunde en heeft altijd op het terrein van environmental engineering gewerkt. “Ik begon mijn onderzoekscarrière in mijn geboorteland China en was daar vooral actief in het runnen van een korrelslib-reactor voor het verwijderen van fosfaat uit afvalwater. Daarna was ik drie jaar werkzaam in Israël op een onderwerp uit de elektrochemie. In 2008 kwam ik in Wenen op een wetenschappelijke conferentie de Delftse hoogleraar Mark van Loosdrecht tegen. Hij sprak onder meer over Nereda, eigenlijk een onderwerp dat niet direct raakte aan wat ik in Israël aan het doen was, maar wel aan wat ik in China als PhD-student had uitgevoerd. Ik vond zijn lezing interessant en was meteen zeer geïnteresseerd in de technologie. Uiteindelijk leidde de ontmoeting met Van Loosdrecht tot mijn aanstelling in Delft als postdoc, op een Marie Curie Fellowship.”

“Daarna heb ik nog een uitstapje gemaakt naar de wereld van de wetenschappelijke uitgeverij, bij Elsevier. Maar daarna ben ik toch weer teruggekeerd naar het onderzoek zelf. Sinds 2014 ben ik terug aan de TU Delft en heb ik mij gericht op het onderzoek naar extracellulaire biopolymeren, waaronder Kaumera.”

Toepassingen

Kaumera betekent “kameleon” in het Maori, de taal van de oorspronkelijke bewoners van Nieuw-Zeeland, en is een verwijzing naar de veelzijdigheid van het materiaal. Het korrelslib dat tijdens de Nereda-behandeling van afvalwater wordt geproduceerd, bevat een relatief hoog percentage Kaumera. Door het uit het gezuiverde slib te halen, hoeft er uiteindelijk 20-30% minder slib afgevoerd en verbrand te worden. Maar Kaumera blijkt vooral ook een zeer waardevolle vervanging voor veel fossiele chemicaliën in vele sectoren, zoals de papierindustrie, textiel, landbouw en betonindustrie. Yuemei Lin’s onderzoek heeft bijvoorbeeld geleid tot de ontwikkeling van een brandvertragend composietmateriaal en tot een materiaal dat potentie heeft als isolatieschuim. Op basis van Kaumera en in combinatie met nanocellulose is bovendien een materiaal ontwikkeld dat sterk lijkt op parelmoer.

Kaumera is een versterker en verbinder van eigenschappen. Door het te combineren met een andere grondstof, verandert het karakter van de stof. Het is een bind- en lijmmiddel, maar dus ook brandvertragend. Kaumera kan water vasthouden maar ook afstoten. Hierdoor zijn toepassingen in bijvoorbeeld de land- en tuinbouw en de betonindustrie mogelijk. “Nieuwe toepassingen en mogelijkheden blijven zich aandienen en het onderzoek hiernaar gaat in volle gang door.”

De technologie is ontwikkeld in een publiek-privaat samenwerkingsverband tussen de TU Delft, de Nederlandse Stichting voor Toegepast Wateronderzoek (STOWA), de Nederlandse Waterschappen en Royal HaskoningDHV. Sinds 2017 is ook biotechnologiebedrijf Chaincraft aangesloten.

Sieraden

Maar Kaumera levert niet alleen high performance materialen op: een bijzonder aspect is dat er sieraden mee kunnen worden gemaakt. “Dit laat zien dat zelfs iets onaantrekkelijks als toiletspoeling kan leiden tot aantrekkelijke producten. Ik ontdekte dat je met Kaumera en nanocellulose oorbellen kon maken en dit is daarna een soort hobby van me geworden. De ontwikkeling van de sieraden ging daarna eigenlijk heel snel en werd meteen geaccepteerd. Het helpt ook om de brug te maken naar het grote publiek. Er is dan ook veel aandacht voor de mogelijkheid om sieraden te maken met Kaumera, maar het is natuurlijk niet de kern van het onderzoek.”

Nederland heeft binnenkort al twee fabrieken die de innovatieve grondstof produceren. In Zutphen is vorig jaar oktober de eerste fabriek geopend en in Epe wordt in het voorjaar van 2020 een tweede verwacht. Het onderzoek van Yuemei Lin vormt mede de basis voor de TU Delft start-up Slimy Green Stuff. Dit bedrijf richt zich op de ontwikkeling en toepassing van biogebaseerde polymeren en bezit daarvoor ook patenten.

In de schijnwerpers

De ontwikkeling van Kaumera trekt veel aandacht, ook in de media. “Ik denk dat dit vooral komt omdat de media écht begrijpen dat dit een heel bijzondere ontwikkeling is: je maakt iets waardevols uit afvalstoffen. En ook het grote publiek snapt dat. De grote aandacht voor deze technische ontwikkeling is wel iets waar ik erg aan moest wennen, bijvoorbeeld bij een gelegenheid als de uitreiking van de Zilveren Zandloper, in mei vorig jaar.”

De Zilveren Zandlopers worden elke twee jaar uitgereikt aan vernieuwende biotechnologische projecten op het gebied van innovatie en educatie. De prijs werd aan Yuemei Lin overhandigd tijdens het Nederlands Biotechnologie Congres. “Dat was even aanpassen, ja. Ik ben van mezelf redelijk bescheiden en hou er niet echt van om volop in de schijnwerpers te staan. Die bescheidenheid zit ook een beetje in de cultuur waar ik uit kom.”

“Wat ik daarom zo fijn en inspirerend vind aan de Nederlandse universiteiten, en eigenlijk in heel Europa, is de open cultuur die er heerst. Eigen initiatief wordt erg op prijs gesteld en ik vind het makkelijk om contacten te leggen met andere onderzoekers. Ik werk bijvoorbeeld heel fijn samen met onderzoekscollega’s aan universiteiten in Frankrijk en, in Nederland, met mensen uit Leiden, Utrecht en Nijmegen.”

“Je kunt hier altijd op iemand afstappen met een vraag. Dat deed ik al die jaren geleden ook toen in Mark van Loosdrecht ontmoette op die conferentie in Wenen: gewoon op hem afstappen en je vraag stellen. En je ziet waar het allemaal toe kan leiden.”