Kunststof is een heel normaal onderdeel geworden van onze maatschappij. Het wordt voor van alles en nog wat gebruikt. Eigenlijk net zoals vroeger lood en zink: beschikbare materialen waar je alles mee kunt doen en maken. Kunststof heeft ook veel voordelen boven andere materialen: het is licht van gewicht, gaat niet snel kapot als je het laat vallen en het kost niet veel om te maken. Ook als verpakkingsmateriaal is het heel geschikt. Maar zoals bij alles: naast voordelen zijn er ook nadelen. Kunnen we die nadelen verkleinen door het gebruik van biologisch afbreekbare kunststoffen?

 

Als we het gebruik van glas met kunststof in de verpakkingsindustrie vergelijken, zien we dat het nadeel van glas ten opzichte van kunststof is dat het zwaarder en kwetsbaarder is dan kunststof in het dagelijks gebruik. Daar staat als voordeel tegenover dat glas geen milieuschade oplevert (behalve als je er met je blote voeten in trapt) omdat het in de natuur in de loop van tijd wordt afgebroken. Glas wordt in op natuurlijke wijze ontbonden in zand en wat kalk. Kunststof dat in de natuur terechtkomt, wordt afgebroken tot kleinere deeltjes die wel degelijk een risico voor mens en dier vormen. Net zoals de loden voorwerpen, die bleken toch niet zonder risico te zijn: er kwam veel lood in het bloed van mensen en dat zorgde onder andere voor zenuw-gerelateerde aandoeningen.

 

Waarom moeten kunststoffen biologisch afbreekbaar zijn?

De meest gebruikte kunststoffen zie je in de afbeelding hieronder. Het zijn allemaal kunststoffen die niet of nauwelijks in de natuur worden afgebroken. Maar glas is ook niet biologisch afbreekbaar en toch vraagt niemand naar biologisch afbreekbaar glas. Het kan honderden jaren duren voordat glas in de natuur geheel  is ontbonden: beter gezegd: kapot is gegaan. Waarom zou kunststof dan wel biologisch afbreekbaar moeten zijn? Nou, dat komt omdat kunststoffen in het milieu na enige tijd ‘slijten’ maar niet ontbinden.

 

Als kunststoffen in het milieu terechtkomen, worden ze kleiner en kleiner en tenslotte spreken we van micro- of nano-plastics. Microplastics zijn allerlei vormen van plastics (bolletjes, fragmenten, vezels, schuim) zoals polyetheen, die kleiner zijn dan 5 mm. Nanoplastics zijn van hetzelfde materiaal en vorm maar zijn kleiner dan 1 micrometer. En dat is precies het probleem. De afbraakproductenzijn in dezelfde grootteorde als onze lichaamscellen: immuun cellen (6 – 80 micrometer) en andere cellen in ons lichaam. Daardoor worden ze makkelijk opgenomen in ons lichaam, maar ook in het lichaam van vissen en dieren. Als je bijvoorbeeld kippen laat scharrelen op een stuk grond waar ook plastic is terechtgekomen, komen microplastics in het lichaam van een kip terecht. En wij eten die kip dan weer. Maar ook schelpdieren, vissen en veel andere organismen nemen deze plastics op en die hebben dan effect op hun leven. Plastics kunnen ontstekingsreacties veroorzaken omdat ze reageren met witte bloedcellen. Maar er zijn veel meer effecten bekend van kunststoffen op ons lichaam, zoals hieronder te zien is.

 

Weekmakers

De weekmakers die gebruikt worden bij plastics hebben in het lichaam een effect dat lijkt op dat van het hormoon oestrogeen: ze worden dan ook xeno-oestrogenen genoemd. Daarnaast vormen weekmakers zoals Bis-Phenol-A (BPA) een risico voor het ongeboren kind. Dus niet alleen de kunststoffen zijn schadelijk, maar ook de stoffen die worden gebruikt om de kunststoffen flexibel te maken zijn schadelijk. Deze stoffen komen vrij bij de afbraak van kunststof in het milieu.

 

Twee wegen om kunststoffen biologisch af te breken

De meeste kunststoffen zijn polymeren met weinig tot geen functionele groepen die aantrekkelijk zijn voor micro-organismen (bacteria, schimmels, protozoa en sommige algen). Om kunststoffen toch biologisch afbreekbaar te maken, kijken we naar twee manieren.

 

Meer functionele groepen

De ene manier om biologisch afbreekbare kunststoffen te maken is meer functionele groepen inbouwen in het polymeer. Bijvoorbeeld polymelkzuur is een soort kunststof die beter afbreekbaar is dan de gebruikelijke kunststoffen. Andere kunststoffen die biologisch afbreekbaar zijn, zijn onder andere:

• Polybutyleen
• Polyhydroxyalkanoaat
• polybutyleen succinaat
• polybutyleentereftalaat
• polycaprolacton

Maar deze kunststoffen hebben weer andere eigenschappen dan de gebruikelijke kunststoffen zoals PET en PVC. Bovendien is de productie van polymelkzuur en de andere biologisch afbreekbare kunststoffen op dit moment duurder.

 

Micro-organismen

De andere manier is om micro-organismen te selecteren die beter kunnen omgaan met deze polymeren. Bacteria hebben de eigenschap dat ze snel kunnen muteren. Soms is dat hinderlijk (denk aan bacteria die ongevoelig worden voor antibiotica), maar soms is dat een voordeel. Als je veel bacteria als in een microfilm op een petfles laat zitten, zullen er uiteindelijk een paar bacteria zijn die een enzym ontwikkelen dat die petfles kan afbreken.

 

Een sprookje? Nee. In 2016 werd een bacterie ontdekt in een slijmlaag op een petfles die PET-ase als enzym had ontwikkeld. Dit enzym (die je hiernaast ziet) kan petflessen vervolgens langzaam afbreken. Maar ook deze ontwikkeling staat nog in de beginfase en moet de komende tijd worden uitgebreid. Zoals het vinden van meer micro-organismen (of maken met genetisch modificatie) met enzymen die de huidige kunststoffen kunnen afbreken en optimaliseren van de afbraak. Een belangrijk nadeel is dat er op dit moment meer kunststof in het milieu komen dan de micro-organismen aankunnen. De bacteria moeten nog even wennen aan deze nieuwe stoffen, dus de boodschap blijft: gooi geen kunststof weg in het milieu.

 

Deze blog is tot stand gekomen in samenwerking met de Chemische Kring Zwolle en geschreven door Guillaume Counotte.

 

Hoe nu verder?

Bij Polymer Science Park zijn we volop bezig met de ontwikkeling en het testen van biopolymeren. Ook jij kan hierbij aansluiten. Voor meer informatie kun je contact opnemen met Erwin Zant, projectleider bij PSP.

 

Bronnen:

Figuur 2: Nurshad Ali, Jenny Katsouli, Emma L. Marczylo, Timothy W. Gant, Stephanie Wright, Jorge Bernardino de la Serna, The potential impacts of
micro-and-nano plastics on various organ systems in humans, eBioMedicine, Volume 99, 2024, 104901, ISSN 2352-3964,

Figuur 3: PALM, Gottfried J., et al. Structure of the plastic-degrading Ideonella sakaiensis MHETase bound to a substrate. Nature communications, 2019, 10.1: 1717.

Op 12 maart 2024 kwam de kunststofindustrie samen in Almelo voor het Kunststof Seminar Circulaire Transitie: De Potentie van Biobased Kunststoffen. De bezoekers werden geïnformeerd over biobased kunststoffen en de vele toepassingsmogelijkheden daarvan. Toonaangevende sprekers vertelden over hoe zij de stap naar Biobased kunststoffen hebben gemaakt. Hier lees je een beknopte terugblik van wat er deze middag allemaal aan bod kwam.

 

Onze bezoekers werden ontvangen met een heerlijke lunch om de middag goed te starten en te netwerken. Het plenaire programma ging van start met Gerrit Hiemstra, medeoprichter van Oarshûs biobased bouwen. Als voormalig meteoroloog startte hij met het benadrukken van de noodzaak voor verandering. Klimaatverandering vraagt om een verandering als persoon en als industrie. Een van de oplossing is door gebruik te maken van biobased oplossingen. Er werden zelfs concrete project ideeën naar voren gebracht als kansen in de bouw.

“Er liggen concrete kansen in de bouw voor biobased materialen.”

Aldus Gerrit Hiemstra | Oarshûs

Na deze mooie eyeopener, gaf Erwin Zant van Polymer Science Park een introductie over biopolymeren die goed werd ontvangen door het publiek. Een mooie start om de deelsessies in te gaan en te focussen op de mogelijkheden en uitdagingen van biopolymeren.

 

 

Biopolymeren, hoe nu verder?

Biopolymeren willen toepassen is mooi, maar kan impact hebben op je welke technieken komen erbij kijken en voor welke toepassingen is het geschikt? Kortom, hoe kun jij het toepassen in jouw producten?

Een van de sprekers in de deelsessies was Braskem. Zij bieden mogelijkheden met hun bio-PE, waarna hun distributeur FKUR een vertaling heeft gemaakt naar de toepasbaarheid van biopolymeren. Milad Goldkaram van TNO vertelde welke ontwikkelingen er zijn op het gebied van AI om (snel) nieuwe biopolymeren of product eigenschappen te ontwikkelen. Maar wat zijn de drijfveren achter het gebruik van biopolymeren? Daar ging Remy Jongboom van Senbis op in.

Parallel aan de sprekers hierboven, was er nog een inspirerende deelsessie met Rodenburg Bioplastics die een duurzamer alternatief biedt voor olie gebaseerde kunststoffen door gebruik te maken van aardappelzetmeel.

 

“Misschien is het nog niet mogelijk om alle materialen te vervangen met een duurzamer alternatief, maar met kleine aanpassingen heb je ook al een positieve impact.”

Rick Hagenaars | Rodenburg Bioplastics

PHA is ook een natuurlijke vervanger voor olie gebaseerde kunststof, en dat is wat Paques Biomaterials produceert. PHA is over het algemeen erg goed biologisch af te breken en toepasbaar in veel end-to-end mogelijkheden. Helian Polymers is compoundeur van PHA’s en heeft de afgelopen 2 jaar geleerd dat er een aantal kritische (succes) factoren zijn zoals de verwerking, functionaliteit en prijs. Dit heeft geleid tot het ontwikkelen en testen van meerdere formuleringen voor PHA met als doelmarkten verpakkingen, persoonlijke verzorging, agricultuur, horticultuur en 3D-printen.

Dat gedegen onderzoek kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe monomeren bewijst Gert-Jan Gruter van Avantium. Zij ontwikkelden PEF uit volledig hernieuwbare bronnen. Met zo min mogelijk energiegebruik en geen massaverlies. 1 kilo biologisch materiaal moet ook weer 1 kilo monomeer opleveren. De door hen ontwikkelde PEF is het duurzame alternatief voor PET met betere barrière-eigenschappen.

 

 

Hoe ga jij biopolymeren toepassen?

Met alle kennis die tijdens het seminar opgedaan is, kunnen de aanwezigen gelijk aan de slag met biopolymeren. Daarbij is de vraag, hoe ga jij biopolymeren toepassen? Polymer Science Park helpt jouw bedrijf graag bij het testen en ontwikkelen van jouw duurzame product. Neem vrijblijvend contact met ons op en ontdek de mogelijkheden.

Zet ook alvast het volgende Kunststof Seminar op 14 november 2024 in jouw agenda.