CO2-extractie: hoe CBD-olie tot stand komt

Het doosje staat nog open naast de waterkoker. Op de achterkant, onder de ingrediëntenlijst en boven het chargenummer, staat één technische regel: superkritische CO2-extractie. Drie woorden voor een installatie van staal, kilo's gemalen hennep en een gas dat zich onder druk heel anders gedraagt dan je van gas verwacht.

Wat daar gebeurt, is scheikunde plus een industriële volgorde. Geen mystiek. Het is te beschrijven op het niveau van: dit gebeurt er, en dit is de reden.

Drie gedaanten van hetzelfde molecuul

Koolstofdioxide komt in dit verhaal in drie toestanden voor, en alleen de derde is bruikbaar in een extractievat. De eerste twee leggen uit waarom dat zo is.

Gas bij omgevingsdruk

Bij gewone omgevingsdruk is CO2 een gas. Het vult netjes de ruimte die het krijgt en lost vrijwel niets op. Als oplosmiddel is die toestand waardeloos. Je kunt er gemalen plantmateriaal in zetten en er komt niets uit.

Vloeibaar onder druk, beneden 31,1 °C

Zet je CO2 onder druk en houd je de temperatuur beneden 31,1 °C, dan wordt het vloeibaar. Dicht, en in staat om stoffen in oplossing te brengen. Er zit één beperking aan: de mate waarin een vloeistof in vast plantmateriaal doordringt, is veel geringer. Zo staan de twee eigenschappen die je nodig hebt, doordringen en oplossen, in twee verschillende toestanden van hetzelfde molecuul. Precies dat maakt de derde toestand interessant, want die zit boven beide grenzen en is strikt genomen geen gas en geen vloeistof.

Het kritische punt van koolstofdioxide

Twee getallen markeren de overgang: 31,1 °C en 73,8 bar. Beide moeten gehaald zijn. Blijf je onder één van de twee, dan gedraagt CO2 zich nog als gas of nog als vloeistof.

31,1 °C en 73,8 bar horen bij elkaar

Een temperatuur alleen zegt niets over de toestand in het vat. Een druk alleen ook niet. Pas als temperatuur en druk samen boven het kritische punt liggen, verdwijnt het onderscheid tussen de twee fasen. Geen scheidingsvlak meer, geen twee lagen. Eén fase, in het hele vat gelijk.

Noch gas, noch vloeistof

Dat is superkritische CO2. In die toestand ligt de diffusiviteit in de buurt van die van een gas dat zich door vast plantmateriaal beweegt, terwijl het oplossend vermogen dat van een vloeistof benadert [1]. De twee eigenschappen die eerder gescheiden waren, zitten nu in één medium. Ergens binnenkomen, en daar iets meenemen: dat is de hele opdracht van een extractie, en dit is de fase waarin een oplosmiddel beide kan.

Een oplosmiddel dat je kunt afstemmen

Superkritische CO2 is geen vaste grootheid met vaste eigenschappen. Het is een oplosmiddel met knoppen eraan, en die knoppen zijn druk en temperatuur.

Dichtheid als instelknop

De belangrijkste eigenschap van zo'n fluïdum is dat de dichtheid zich laat bijstellen [1]. Draai aan de druk, verschuif de temperatuur, en de dichtheid van het medium in het vat verandert mee. Bij een klassiek oplosmiddel is dichtheid iets wat je aantreft; hier is het iets wat je kiest.

Capaciteit naast selectiviteit

Die instelling bepaalt twee dingen tegelijk. Ten eerste hoeveel er in oplossing kan gaan, dus de capaciteit. Ten tweede welke verbindingen daarbij meekomen, dus de selectiviteit. Dezelfde apparatuur, dezelfde grondstof en twee andere instellingen leveren daarom niet hetzelfde extract op. Vandaar de omschrijving die je in de literatuur tegenkomt: een afstembaar oplosmiddel, geen vast oplosmiddel. Wie het proces beschrijft, noemt de getallen dus altijd samen met wat eruit komt.

De industriële volgorde

De scheikunde is één ding. De fabriek is een reeks stappen die in vaste orde staan, en die orde verandert niet per charge.

Van molen naar drukvat

Het plantmateriaal wordt eerst gemalen. Daarna gaat het in het drukvat. Vervolgens circuleert de superkritische CO2 door dat bed heen, onder de druk en de temperatuur die voor die run gekozen zijn. Malen, laden, circuleren, aftappen: dat is het geraamte van de hele installatie.

Zure cannabinoïden en de publicatie van 2016

Bij het beschrijven van dit traject hoort één reactiedetail: decarboxylatie. De naam zegt wat er gebeurt, er gaat een carboxylgroep af. Zure cannabinoïden zijn de verbindingen waar dat om draait, en Wang en collega's brachten die reactie in 2016 in kaart in een studie naar de decarboxylatie van zure cannabinoïden [2]. Warmte en druk zijn in dit proces geen achtergrondvariabelen maar instellingen, en dat is de reden dat zo'n reactie in de procesbeschrijving thuishoort en niet in een voetnoot.

Wat er na de run overblijft

Aan het eind gaat de druk eraf. CO2 keert terug naar de gasfase en verlaat het systeem. Wat in het vat blijft, is het extract. Oplosmiddelresidu: nul. Er is dus niets om naderhand uit te dampen en niets om in een later stadium nog achterna te gaan.

Niet brandbaar, van levensmiddelenkwaliteit

Twee eigenschappen van het gas zelf spelen mee. CO2 is niet brandbaar en het is beschikbaar in levensmiddelenkwaliteit. Dezelfde technologie staat elders commercieel opgesteld voor het cafeïnevrij maken van koffiebonen, wat aangeeft hoe vertrouwd de opzet buiten hennep is. Wie op co2 extractie zoekt, ziet daarom ook combinaties als visolie co2 extractie langskomen.

Hoogste investering, hoogste controle

Naast de andere extractieroutes vraagt deze methode de grootste investering in apparatuur. Daar staat de grootste mate van controle tegenover. Druk en temperatuur zijn geen toevallige omstandigheden maar instelbare, vast te leggen getallen, en dat is precies wat je van een productieproces wil weten voordat het extract een flesje in gaat.

Van extract naar het flesje op tafel

Het principe achter zo'n flesje is kort samen te vatten. Een geconcentreerd extract, plus een draagolie waarin dat extract wordt opgenomen, en samen heet dat op het etiket CBD-olie. Het vat levert dus niet het eindproduct, maar het eerste van twee onderdelen.

Onze extracten komen tot stand met superkritische CO2, en dat is sinds 2014 de vaste route achter de flesjes in het assortiment. De gekozen methode zegt iets over hoe het extract is verkregen. Wat er per charge in zit, staat in de bijbehorende documentatie, niet in de naam van het proces.

Rondom dit onderwerp liggen termen die hun eigen pagina's hebben. Terpenen vormen zo'n aparte rubriek, met eigen namen en eigen getallen. Wie naast CBD-olie ook cbg olie in het kastje heeft, ziet op dat doosje dezelfde technische regel staan. Cannabigerol olie is daarbij simpelweg de voluit geschreven variant van dezelfde naam, net als cbg druppels voor de pipetvorm. En dan is er nog vocabulaire dat vaak in hetzelfde zoekveld belandt zonder bij de extractie te horen: het endocannabinoïde systeem hoort bij de fysiologie, cbd wetgeving bij het juridische kader. Twee getallen, één drukvat en een gas dat weer gas wordt: dat is het stuk dat hier vastligt.