Nieuwe duurzame materialen vinden hun weg naar de markt

Nieuwe duurzame materialen vinden hun weg naar de markt

De industrie investeert steeds meer in de ontwikkeling van plantaardige materialen, waaronder ook goede opties voor materialen aan het einde van hun levensduur, zoals hergebruik en biologische afbraak. Dit werd benadrukt tijdens het jaarlijkse CBPM-symposium van Wageningen Food & Biobased Research.

In Hotel de Wageningsche Berg deelde een publiek dat grotendeels bestond uit vertegenwoordigers van het bedrijfsleven, de overheid en kennisinstellingen hun kennis over de laatste ontwikkelingen op het gebied van hoogwaardige circulaire en biobased materialen. In zijn openingsspeech besprak dagvoorzitter Jan Noordegraaf het huidige grootschalige gebruik van kunststoffen wereldwijd (‘plastics are everywhere’) en de maatschappelijke problemen dat dit veroorzaakt, zoals klimaatverandering en de ‘plastic soep’. Om deze problemen aan te pakken zijn oplossingen en wetgeving nodig op wereldniveau.

Volgens Noordegraaf is voor de EU het aanpakken van het kunststofprobleem een topprioriteit. Hij citeerde de EU-richtlijn inzake kunststoffen voor eenmalig gebruik (Single Use Plastics Directive) die onlangs in werking is getreden, met daarin ambitieuze maatregelen om de afvalvervuiling in zee aan te pakken. Daarnaast zal de alliantie voor een circulaire kunststofeconomie (Circular Plastics Alliance), bestaande uit een Europese stakeholder uit de waardeketen, in september verklaren dat uiterlijk in 2025 tien miljoen ton aan hergebruikte kunststoffen zal worden verwerkt in de fabricage van nieuwe producten. Noordegraaf merkte ook op dat na zeven jaar overleg de producenten van olie- en biologische producten de voorgenomen koers nog niet volledig volgen.

Het aanpakken van het kunststofprobleem is voor de EU een topprioriteit.
Jan Noordegraaf

End-of-life steeds belangrijker

‘Opties voor producten aan het einde van hun levenscyclus (end-of-life) worden steeds belangrijker’, zei Christiaan Bolck, directeur van het CBPM. ‘Als gevolg van de klimaatverandering in de afgelopen tien jaar zien we dat de aandacht voor de bronnen die worden gebruikt voor duurzame materialen enorm toeneemt: van fossiele brandstoffen tot biologische bronnen. Vandaag de dag verschuift de focus in de richting van de ontwikkeling van biobased materialen die zeer geschikt zijn voor hergebruik en biologisch afbreekbaar.’  Volgens Bolck is dit de reden dat het huidige onderzoeksprogramma van CBPM zich nu richt op drie onderzoekslijnen. Een: ontwikkeling van materialen op basis van nieuwe bouwstenen, met unieke structuren en eigenschappen. Twee: rechtstreeks gebruik van polymeren die ten overvloede in de natuur voorkomen, zoals cellulose, zetmeel, chitine en lignine. Drie: hergebruik van consumentenafval dat momenteel nog grotendeels wordt verbrand.

Er lopen verschillende onderzoeksprojecten. ‘Maar er is altijd nog ruimte om met partners nieuwe projecten te starten, zolang ze passen in het CBPM-programma’, benadrukte Bolck.

Vandaag de dag verschuift de focus in de richting van de ontwikkeling van biobased materialen die zeer geschikt zijn voor hergebruik en biologisch afbreekbaar.
Christiaan Bolck, CPBM Research program

Biobased bronnen voor nieuwe chemicaliën en materialen

Een belangrijk onderdeel van de R&D-activiteiten op het gebied van herbruikbare materialen is gericht op de ontwikkeling van nieuwe extractie- en conversiemethoden voor biomassa. Zo heeft Royal Cosun onderzoek gedaan naar acht concepten voor het gelijktijdig extraheren en scheiden van cellulose, lignine en pectine uit suikerbietenpulp. Ad de Laat, innovatiemanager bij Royal Cosun, gaf in zijn presentatie aan dat het doel is om de natuurlijke eigenschappen van deze drie componenten zoveel mogelijk te behouden. Momenteel wordt er een demo-raffinaderij voor biomassa gebouwd die tussen een en vijf ton suikerbietenpulp per jaar kan verwerken. Output: diervoeder, groen gas, microcellulosevezels en andere hoogwaardige componenten, zoals arabinose, een suiker die gebruikt wordt in levensmiddelen voor diabetici, en galacturonzuur, een bouwsteen voor oppervlakte-actieve stoffen en kunststoffen.

Interessante bouwsteen isiodide

Polymeerchemicus Rutger Knoop van Wageningen University & Research bracht de mogelijkheden in kaart voor de productie van nieuwe biobased polymeren, op basis van isoidide gemaakt uit biomassa. Hiervoor werkte Knoop samen met de Amerikaanse bedrijven ADM en DuPont en het in Nederland gevestigde HCA. ADM produceert momenteel op pilotschaal isoidide, maar wil dit verder uitbreiden, omdat isoidide - een symmetrisch, thermisch stabiel en reactief monomeer dat uit suiker geproduceerd kan worden - een interessante bouwsteen is. Dit maakt polymeren van isoidide geschikt voor een breed scala van toepassingen, van verpakkings- en bouwmateriaal tot medische apparatuur en coatings.

Interessante toepassingen voor lignine

Volgens wetenschapper Richard Gosselink van Wageningen University & Research kan lignine een van de belangrijkste pijlers van de circulaire en biobased economie worden. Deze natuurlijke lijm geeft bomen, grassen en stro hun stevigheid en buigzaamheid en komt in overvloed voor. Als bindmiddel in asfalt blijkt lignine het ook goed te doen: het is waterbestendig en kan bij een lagere temperatuur worden verwerkt dan bitumen. Dit leidt tot een enorme vermindering van de CO2-uitstoot. Duurzaamheidsproeven tonen aan dat asfalt dat in 2015 gelegd is, nog steeds goed presteert. ‘In vergelijking met traditioneel asfalt scoort het nog beter op geluidsvermindering, rolweerstand en remvertraging’, gaf Gosselink aan. Naast asfalt heeft lignine veel meer interessante toepassingen voor de industrie, bijvoorbeeld in lijmen, composieten, cement en bouwmaterialen.

Consumentenafval als basis voor nieuwe materialen

Renewi, een bedrijf gericht op de verwerking van afval tot producten, bewijst dat in de industrie ook consumentafval een interessante bron van herbruikbaar materiaal kan zijn. Samen met luierproducent Essity onderzoekt Renewi hoe pure cellulose kan worden teruggewonnen uit gebruikte luiers. ‘Een ingewikkelde opgave’, aldus Hanneke Agterhuis, Programmacoördinator Bedrijfsontwikkeling bij Renewi. ‘Gebruikte luiers bestaan uit een mix van verschillende kunststoffen, elastisch materiaal, superabsorberende polymeren en -niet te vergeten - de poep en plas van de gebruiker. Het terugwinnen van cellulose uit luiers blijkt een hele opgave. We zijn nu bezig met de derde versie van het procesontwerp, waarin het voorbehandelingsproces is verbeterd en er een focus is op een optimale verwijdering van het superabsorberende materiaal. Dit verfijningsproces wordt in het derde kwartaal van 2019 getest.’

Hergebruik van verpakkingsafval

Nedvang heeft de taak om de verpakkingsafvalkringloop te sluiten. Deze stichting wordt gefinancierd door de Nederlandse verpakkingsindustrie en ondersteunt gemeenten en afvalbedrijven bij het inzamelen en hergebruiken van verpakkingen. ‘Het onderwerp “verpakkingen” staat, mede dankzij de discussies over de plastic soep en het exporteren van afval naar Azië, tegenwoordig hoog op de agenda’, vertelde Joris van der Meulen, projectcoördinator bij Nedvang. Nederland is volgens hem koploper als het gaat om hergebruik. ‘Maar we hebben nog een hele weg af te leggen als het gaat om het beter recyclen van kunststoffen.’

Nedvang streeft ernaar alle verpakkingskringlopen te sluiten, samen met hun kringlooppartners. Ze vragen meer aandacht voor kwaliteit en innovatie en de creatie van een meer door vraag gedreven waardeketen voor hergebruikte kunststofverpakkingen. ‘Dat is geen gemakkelijke opgave’, zei van der Meulen, ‘gezien de steeds hogere doelstellingen voor hergebruik en nieuwe regels die leiden tot nieuwe eisen in de markt.’ Daarnaast wees hij op de behoefte aan ‘meer harmonisatie, aangezien de EU-lidstaten nu de EU-regelgeving op hun eigen manier kunnen interpreteren.’

Lignocellulose uit huishoudelijk afval

Refining of lignocellulose rich raw materials (De verwerking van grondstoffen rijk aan lignocellulose) was de titel van de bijdrage van Edwin Keijsers. Lignocellulose kan uit verschillende biomassabronnen worden onttrokken, maar ook uit huishoudelijk afval worden teruggewonnen. Volgens hem neemt het gebruik van deze materialen toe als gevolg van de overgang naar een circulaire en biobased economie. Keijsers’ belangrijkste boodschap voor degenen die met de verwerking van lignocellulose willen beginnen: ‘Kijk bij het bepalen van mogelijke toepassingen goed naar het vezeltype, omdat het zeer moeilijk is om vezels te upgraden.’

Kijk bij het bepalen van mogelijke toepassingen goed naar het vezeltype.
Edwin Keijsers, Wageningen Food & Biobased Research

Gebruik van biobased polymeren in nieuwe producten

Steven van Bommel is CEO van BiOBUDDi, producent van milieuvriendelijk en biobased speelgoed. Het verhaal achter zijn bedrijf begon op een hete zomerdag in 2011, toen zijn dochter thuiskwam uit school. Waarom hij nog steeds speelgoed gemaakt van petroleum verkocht, vroeg ze. ‘Op dat moment besefte ik dat het voortaan anders moest.’ Samen met partner Robert de Waal begon hij milieuvriendelijke speelblokken te produceren. ‘Een lang en ingewikkeld proces’, vatte Bommel samen. ‘In de eerste jaren leverde de proeven niet de gewenste resultaten op en moesten we alles uit eigen zak betalen zonder daarvoor iets terug te krijgen.’ In 2017 was het bedrijf echter klaar om de duurzame speelgoed op de markt te brengen. Tegenwoordig exporteert BiOBUDDi deze producten van Nederlandse bodem naar een kleine 30 landen.

Vervanging van fossiele PE en PP

Chemisch bedrijf SABIC werkt samen met de verpakkingsindustrie aan oplossingen om de overstap te maken van een lineaire naar een circulaire economie. Wetenschapper Jérôme Vachon benadrukt dat SABIC in staat is om fossiele brandstoffen die worden gebruikt in de productie van polyethyleen (PE) en polypropyleen (PP) gedeeltelijk te vervangen door gecertificeerde, duurzame bronnen, geproduceerd uit olie uit afval, zoals tallolie uit houtpulp. Deze duurzame grondstof is goed in de voedselketen in te passen terwijl de CO2-uitstoot lager is. Bijkomend voordeel is dat de productie past in de bestaande infrastructuur en er geen aanpassingen in de waardeketen nodig zijn. Daarnaast is SABIC het eerste bedrijf ter wereld met raffinaderijen die gecertificeerde circulaire polymeren produceren uit gemengd kunststofafval.

Met behulp van chemische processen kan PLA zelfs terug worden omgezet naar de oorspronkelijke bouwsteen, melkzuur, waardoor het geschikt wordt voor hergebruik.
Vladislav Jašo, Total Corbion PLA

Hergebruik en PLA-conversie

De laatste presentatie werd gegeven door Vladislav Jašo, applicatiespecialist bij Total Corbion PLA. ‘Door de toegenomen productie van polymelkzuur (PLA) wordt deze stof steeds aantrekkelijker als losstaande bron voor herbruikbaar verpakkingsmateriaal’, aldus Jašo. De vraag is bij welke omstandigheden hergebruik van PLA-verpakkingen de beste optie is en bij welke juist compostering wenselijk is. Hergebruik wordt meestal aanbevolen als het gaat om 3D-verpakkingen, schelpvormige verpakkingen en containerbakjes. ‘Bij flexibele 2D-verpakkingen, tasjes, theezakjes en koffiekopjes, is composteren een meer voor de hand liggend optie’, zei Jašo. ‘Na 12 weken is alles weg.’ In bestaande hergebruikprocessen blijkt dat PLA al heel goed kan worden gesorteerd met behulp van nabij-infrarode technieken.