UvA-scheikundigen ontwikkelen bio-based plastic: ‘Sterk, recyclebaar én biologisch afbreekbaar’
Wegwerpplastic, dat vaak maar één keer gebruikt wordt, is gemaakt van materialen die honderden jaren in de natuur rondzwerven. UvA-scheikundigen ontwikkelden een sterk, hittebestendig plastic dat zichzelf in het milieu na zes maanden vanzelf weer afbreekt. ‘Plastics met een houdbaarheidsdatum zijn eigenlijk veel logischer.’
‘De combinatie van goede mechanische eigenschappen – zoals sterkte en hittebestendigheid – en biologische afbreekbaarheid maakt het plastic zo interessant,’ vertelt chemicus Gert-Jan Gruter over het nieuwe plastic PISOX, dat hij de afgelopen vijf jaar ontwikkelde samen met zijn onderzoeksgroep Industrial Sustainable Chemistry. ‘Zo’n materiaal bestond nog niet.’
PISOX is een van de onverwachte uitkomsten van het vijfjarige onderzoeksproject RIBIPOL, gefinancierd door NWO, chemiebedrijf Avantium en speelgoedfabrikant Lego met als doel om nieuwe paden te ontwikkelen voor sterke, slijtvaste en recyclebare plastics uit hernieuwbare grondstoffen zoals biomassa of CO2, ook wel bekend als koolstofdioxide.
In de Nederlandse natuur breekt het nieuwe plastic binnen zes maanden af in CO2. Anders dan ‘gewone’ biologisch afbreekbare plastics, die pas afbreken wanneer ze in contact komen met schimmels en bacteriën, breekt PISOX ook af wanneer het in contact komt met water. Dat hoeft niet om veel water te gaan, ook het water dat in de lucht zit kan die reactie na enkele maanden al in gang zetten.
Onderzoekers kunnen zelf de houdbaarheidsdatum van het plastic instellen door een deel van de ingrediënten te vervangen. PISOX is een polyester, dat je kunt zien als een lange kralenketting dat bestaat uit afgewisseld oxaalzuur en een alcohol (isosorbide). Het oxaalzuur reageert redelijk makkelijk met water waardoor over het algemeen geldt: hoe meer oxaalzuur in het plastic, hoe sneller het afbreekt met water.
Ook kan het plastic volledig chemisch gerecycled worden. Anders dan bij mechanische recycling, waarbij plastics omgesmolten worden tot een nieuw, vaak laagwaardiger product, wordt bij chemische recycling de polymeerketen teruggebracht tot zijn oorspronkelijke bouwstenen, waar weer nieuwe polyesters van gemaakt kunnen worden. Gruter: ‘Chemische recycling terug naar de bouwstenen is alleen mogelijk bij een bepaald soort kunststoffen, met name polyesters, zoals PISOX en PET. Bij veel andere plasticfamilies - zoals de polyolefinen, kunststoffen zoals polyetheen (PE), polypropeen (PP) en polyvinylchloride (PVC) waar allerlei materialen van gemaakt worden van buizen tot bierkratten en glijbanen - werkt dat niet.’
Mosselbanken
In zee breekt het PISOX-plastic nog sneller af – zij het nog steeds na een aantal maanden. Een voordeel volgens Gruter, omdat de meeste biologisch afbreekbare kunststoffen juist niet afbreken in zeewater. Dat maakt het materiaal bij uitstek geschikt als aanhechtingspunt voor mosselbanken of begroeiing op de zeebodem of het wad. Wanneer de mossels eenmaal gegroeid zijn, verdwijnt de plasticstructuur dan vanzelf.
Ook sponnen de onderzoekers al vezels van de kunststof voor doeken, die gebruikt zouden kunnen worden om de zeebodem voor bepaalde tijd te versterken tegen kusterosie. Doodskisten, zoals het bedrijf Loop Biotech maakt van mycelium, zouden ook van het nieuwe plastic gemaakt kunnen worden. Gruter: ‘Voor alle materialen met eindige toepassingen, is het nieuwe plastic heel geschikt.’
Ook zou het materiaal gebruikt kunnen worden als verpakkingsmateriaal. ‘Een verpakking met een houdbaarheidsdatum vraagt om een andere mindset,’ zegt Gruter, ‘maar als je erover nadenkt is het eigenlijk heel logisch. Waarom zou je een materiaal ontwerpen dat tweehonderd jaar meegaat, voor een toepassing die we maar heel kort gebruiken?’
Anders dan de meeste kunststoffen die van fossiele grondstoffen zoals aardolie gemaakt worden, wordt PISOX deels gemaakt van CO2. Het oxaalzuur in PISOX kan namelijk gemaakt worden uit koolstofdioxide, door twee CO2-moleculen met behulp van elektriciteit te laten reageren. ‘Dat proces is voor veel industriële bedrijven interessant, omdat het een bedrijf een negatieve voetafdruk kan opleveren omdat ze CO2 opslaan in een product. Naast CO2-opslag, is gebruik van CO2-voor nieuwe producten een ander manier om CO2 in de atmosfeer snel te verminderen.’
Lego
Ook voor speelgoedfabrikant Lego is er een plastic uit het onderzoeksproject gerold dat van pas zou kunnen komen. Anders dan PISOX is dat plastic niet biologisch afbreekbaar, de blokjes moeten namelijk generaties lang mee kunnen. Wel is het recyclebaar. Lego is positief over het nieuwe materiaal en wil het verder gaan onderzoeken. De eerste stap is om de productie op te schalen naar honderd kilogram om meer van de eigenschappen en de verwerking te kunnen testen. Dat materiaal zou ook gebruikt kunnen worden voor veel andere duurzame toepassingen zoals herbruikbare waterflessen.
Vanuit de industrie is er interesse voor beide nieuwe plastics, welke bedrijven interesse hebben wil Gruter nog niet kwijt. Een voordeel voor de opschaling is dat de productie plaats kan vinden in bestaande productiefaciliteiten voor PET. Rendabel is het plastic nu nog niet, productie van het plastic op een schaal van honderd kilo kost nog honderden euro per kilogram. Op industriële schaal concurreert het plastic wel met plastics die al op de markt zijn, zoals nylon en ABS, aldus Gruter.
