Het onderzoek naar de productie en commercialisering van nieuwe en duurzamere materialen, die ten minste dezelfde eigenschappen hebben als traditionele kunststoffen, neemt toe. Dankzij de snelgroeiende biotechnologiesector ontstaan nieuwe consumptiegoederen zoals nylon, gemaakt met behulp van genetisch gemanipuleerde microben, en alternatief leer, gemaakt van paddestoelwortels of cactussen.
Deze nieuwe biomaterialen hebben een kleinere koolstofvoetafdruk dan traditionele kunststoffen en vergen gewoonlijk minder energie om te worden geproduceerd. Daarom is er in verschillende sectoren steeds meer vraag naar. Zij zijn met name veelbelovend in de verpakkingsindustrie, een sector die volgens Eurostat verantwoordelijk is voor de productie van meer dan 50 miljoen ton afval (papier, karton, plastic en glas) in 2020. Papier, karton en glas hebben al een zeer hoog inzamelingspercentage en worden hergebruikt als materiaal voor nieuwe producten. De inzameling en vooral het hergebruik van plastic staan echter nog op een zeer laag niveau. Naast het lage inzamelingspercentage zorgen verschillende soorten plastic voor problemen bij het hergebruik, omdat ze afzonderlijk moeten worden gescheiden en vervolgens hergebruikt om hun materiaaleigenschappen te behouden.
Voorbij traditionele kunststoffen
In de verpakkingssector richt het onderzoek naar nieuwe biomaterialen zich vooral op wat algemeen bekend staat als bioplastics. In tegenstelling tot traditionele kunststoffen, die zijn afgeleid van aardolie, kunnen bioplastics worden geproduceerd uit vetten en oliën, maïszetmeel, stro of zelfs gerecycleerd voedselafval. Dit maakt ze duurzamer en opent de deur naar biologisch afbreekbare en composteerbare materialen.
Het gebruik van bioplastics in de verpakkingssector is echter nog een opkomende technologie. Hun productieprocessen moeten nog worden geoptimaliseerd om hun totale koolstofvoetafdruk te verminderen. Momenteel zijn niet alle bioplastics volledig olievrij en kunnen ze dus nog steeds een schadelijk effect op het milieu hebben als ze niet goed worden beheerd. Bovendien kan, gezien de aard van deze producten, een goede recycling ervan niet altijd worden gegarandeerd.
“Momenteel zijn er geen inzamelings- of sorteersystemen voor biomateriaal opgezet, wat betekent dat bioplastics niet kunnen worden opgenomen in de gangbare plastic recyclingprocessen,” zegt Christoph Mack, groepsleider Foam Technologies bij Fraunhofer ICT.
Binnen het door de EU gefinancierde project INN-PRESSME werken Mack en het team van Fraunhofer ICT aan de ontwikkeling van biobased partikelschuim met behulp van nanovezels van vlas en hennep. Deze deeltjes kunnen uiteindelijk worden gebruikt voor de isolatie van gebouwen en thermische dozen voor de levering van voedsel, naast andere toepassingen. Door additieven op nanoschaal in biopolymeren te verwerken, hopen zij de mechanische eigenschappen en functionaliteit van het eindproduct te verbeteren.
“Het proces begint met een vast materiaal dat wordt gesmolten en gemengd met additieven zoals blaasmiddelen. Zodra het materiaal weer stolt, krijgen we expandeerbare korrels die, zodra ze aan hitte worden blootgesteld, gaan schuimen, zoals popcorn.
Deze geschuimde deeltjes zouden bijvoorbeeld kunnen zijn wat je in zitzakken in loungeruimtes aantreft,” legt Mack uit. “Bovendien kunnen we nog een stap verder gaan. Door deze deeltjes opnieuw te verhitten in een mal kunnen we ze een specifieke driedimensionale geometrie geven en ze omvormen tot functionele voorwerpen zoals transportboxen,” voegt hij eraan toe.
Bovendien kan dit bioschuim een extra laag functionaliteit krijgen door toevoeging van natuurlijke actieve bestanddelen die antimicrobiële eigenschappen zouden kunnen bieden, waardoor onder meer het vermogen om voedsel te bewaren wordt vergroot.
De ontwikkeling van dit bioschuim is een van de 16 proeflijnen waaraan het INN-PRESSME-project momenteel werkt. Het project is een Open Innovated Test Bed (OITB) dat Europese bedrijven wil ondersteunen bij de ontwikkeling van hun producten met behulp van biobased materialen. INN-PRESSME houdt van 2 mei tot 15 juni 2023 zijn tweede open oproep. MKB’s, RTO’s en grote bedrijven kunnen een aanvraag indienen om hun eigen innovatieve ideeën in de biomaterialensector te testen en toegang krijgen tot de diensten van de 16 proeflijnen van het project.
Andere innovaties in biomaterialen
Naast plantaardig bioschuim tonen ook andere biobased materialen zoals alginaten (polysacchariden van zeewier) een veelbelovend potentieel. Gebleken is dat deze materialen filmvormend zijn, weinig zuurstof doorlaten en smaak- en reukloos zijn, waardoor ze zeer geschikt zijn voor de verpakking van levensmiddelen. In het bijzonder werken onderzoekers aan het benutten van hun wateroplosbaarheid om nieuwe eindproducten te creëren, zoals eetbare voedselverpakkingen.
Naast de verpakkingsindustrie kan een groot aantal andere sectoren profiteren van het gebruik van opkomende biomaterialen. Aan de universiteit van Aveiro, in Portugal, hebben onderzoekers bijvoorbeeld een methode ontwikkeld om zijdeachtige vezels te produceren uit wei, een bijproduct van de kaasproductie. Op het gebied van vervoer worden momenteel nieuwe soorten batterijen en brandstof ontwikkeld. Dit is het geval met de nieuwe melaninebatterij die wordt ontwikkeld aan de Universiteit van Californië. Deze op melanine gebaseerde batterij is biologisch afbreekbaar en zou kunnen worden gebruikt om medische apparatuur en andere kleine elektronica van energie te voorzien.
Nu de wereld de vele problemen als gevolg van de klimaatverandering blijft aanpakken, biedt de ontwikkeling van meer duurzame en innovatieve oplossingen voor de traditionele productie van consumptiegoederen hoop op een groenere toekomst. Hoewel biomaterialen en bioplastics veelbelovend zijn, moet het gebruik ervan met voorzichtigheid worden benaderd, aangezien de productie- en recyclingprocessen ervan zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden.
Verrassend genoeg is dit probleem niet te wijten aan een gebrek aan technologie, maar aan een gebrek aan motivatie. Aangezien het gebruik van nieuwe biomaterialen nog niet wijdverbreid is, kan de verwerking ervan in het huidige plasticrecyclingsysteem vrij inefficiënt zijn. De eerste geïntegreerde bioraffinaderij voor de productie en recycling van polymelkzuur, of PLA (een gangbaar bioplastic), bevindt zich echter al in de planningsfase. In deze context veranderen initiatieven zoals INN-PRESSME het paradigma door aan te dringen op nieuwe manieren om het gebruik van op olie gebaseerde kunststofproducten te verminderen met nieuwe oplossingen op basis van recycleerbare vezelmaterialen of bioplastics die klaar zijn voor recycling.
Beeld: Fraunhofer ICT
