“Duurzaamheid”, het is één van de termen die tegenwoordig niet meer weg te denken zijn uit het nieuws, de reclames en vele netwerkbijeenkomsten. Duurzaam ondernemen, duurzaam wonen, duurzame energievoorziening, duurzame producten, gaat er een dag aan ons voorbij dat we niet worden herinnerd aan het belang van een duurzame levensstijl om er voor te zorgen dat deze wereld ook voor onze kinderen en achterkleinkinderen nog een fijne natuurlijke wereld mag zijn om in te leven? Op het gebied van duurzame materialen kregen zo biopolymeren en gerecyclede kunststoffen de aandacht. In dit boekje worden biopolymeren belicht. Daarbij wordt vooral ook aandacht besteed aan de discussie of biopolymeren nou wel echt zo milieuvriendelijk en duurzaam zijn als dat ze lijken. Dit boekje is opgesteld om ontwerpers en bedrijven die zich bezig houden met productontwikkeling praktische (eerste) informatie te bieden over biopolymeren. Naast definities, voor- en nadelen, technieken, toepassingsgebieden, soorten, eigenschappen en regelgeving zal ook een roadmap gegeven worden die inzicht geeft in welke biopolymeren er al zijn en welke er nog verwacht kunnen worden.
MULTIFILE
Heeft plastic op basis van aardolie zijn langste tijd gehad? Steeds meer bedrijven in binnen- en buitenland gaan over op het gebruik van kunststoffen die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen, zoals maïs, aardappels en suikerbieten. Deze zogenaamde biopolymeren zijn niet nieuw, maar wel zeer actueel. Het Kenniscentrum Design en Technologie van Saxion heeft,als onderdeel van het innovatieprogramma Materialen in Ontwerp, een praktijkgericht onderzoek uitgevoerd naar het gebruik van biopolymeren. Hierin is samengewerkt met de Verenigde Maakindustrie Oost, Industrial Design Centre, ontwerpbureau D 'Andrea en Evers en Syntens. Het innovatieprogramma staat onder leiding van de Saxion-lectoren Karin van Beurden, lector Product Design, en Ger Brinks, lector Smart Functional Materials en is gericht op het creëren van praktisch toepasbare kennis in door bedrijven aangedragen vragen en onderwerpen. Daartoe organiseert Saxion specifieke workshops en projecten, waarbij het experts, deskundigen en studenten inzet. Het innovatieprogramma wordt mogelijk gemaakt door gelden van RAAK SIA Regionale Aandacht en Actie voor Kenniscirculatie).
MULTIFILE
In het dagelijks leven hebben we voortdurend met verschillende plastics te maken. Overal om ons heen komen we plastics tegen. Denk bijvoorbeeld aan verpakkingsmaterialen, flessen, flacons, kratten, tapijten en plastic draagtassen. Een leven zonder kunststoffen is in onze huidige maatschappij vrijwel ondenkbaar geworden. In 2014 werd er volgens Plastics Europe [1] wereldwijd maar liefst 311.000.000 ton aan kunststoffen geproduceerd, in 1950 was dit nog slechts 1.700.000 ton. Vanaf 1950 stijgt de wereldwijde productie van kunststoffen met gemiddeld 9% per jaar. Bij de huidige productiecapaciteit komt dit volgens Plastics Europe neer op gemiddeld 40 kg/jaar per hoofd van de wereldbevolking! Naar verwachting zal het gebruik van plastics verder toenemen naar gemiddeld 87 kg/jaar per hoofd van de wereldbevolking in het jaar 2050. In Nederland ligt het verbruik momenteel op gemiddeld 126 kg per inwoner. Maar volgens prognoses van VLEEM (Very Long Term Energy Environment Model) [2] zal dit groeien naar gemiddeld 220 kg per inwoner in 2050!! De toenemende vraag naar plastics wordt mede veroorzaakt omdat plastics op zich een gemakkelijk te verwerken materiaal is. Plastics zijn relatief goedkoop, hebben een lage specifieke dichtheid (t.o.v. bijvoorbeeld metalen), en zijn snel en gemakkelijk verwerkbaar.
DOCUMENT
In de klimaattop COP28 in Dubai is een akkoord gesloten over de afbouw van fossiele brandstoffen en grondstoffen. Dit benadrukt de noodzaak voor het overstappen naar duurzamere materialen en grondstoffen. Om dit te versnellen en kaders te stellen aan wat kan en mag is de EU-Green Deal opgesteld. Hierin komen allerlei zaken aan bod, waaronder de duurzaamheid van materialen. Eén van de belangrijke pijlers binnen de Green Deal is biodegradatie. Materialen van de toekomst moeten biodegradatie vertonen om ophoping in het milieu te voorkomen. De industrie heeft een leidende functie binnen deze overstap naar duurzame materialen, zo ook de verfindustrie. Eigenschappen van verf worden veelal door drie factoren bepaald: bindmiddel, pigment en vulstoffen. In dit BioBinder project bundelen Wydo NBD en Koninklijke van Wijhe Verf de krachten met het lectoraat Biorefinery van de Hanzehogeschool Groningen om een biodegradeerbaar alternatief te zoeken voor bindmiddelen die in verf gebruikt worden. Deze bindmiddelen zijn nu veelal gebaseerd op grondstoffen gewonnen vanuit aardolie, zoals styreen en vinylacetaat. Het innovatieve idee in dit project is het gebruik van polyhydroxyalkanoaten (PHA’s) als bindmiddel in verf en coatings. PHA’s zijn biogebaseerd èn biodegradeerbare polyesters die door micro-organismen geproduceerd worden als bron van reserve-energie. Er zijn zo’n 150 verschillende bouwstenen bekend waaruit deze biopolymeren opgebouwd kunnen worden, waaronder bouwstenen die onverzadigde groepen in de zij-keten bevatten. Binnen BioBinder wordt onderzocht of PHA’s middels fermentatietechnologie geproduceerd kunnen worden met voldoende gehalte aan deze functionele bouwstenen. En of deze ingebouwde functionaliteit vervolgens (chemische) modificatie en derivatisering mogelijk maakt, zoals (oxidatieve) vernetting. Zo’n netwerk van gekoppelde polymeerketens na vernetting is van belang voor het vormen van een stevige en duurzame verflaag. De opgedane kennis van dit project kan leiden tot een strategie om PHA-gebaseerde binders te ontwikkelen en te produceren die de gewenste verfbinder-eigenschappen bezitten voor biogebaseerde biodegradeerbare verven.
Verduurzaming van de land- en tuinbouw is een actueel thema. In de zoektocht naar een economische en milieuvriendelijke manier om landbouwchemicaliën te verspreiden op het veld, zijn zaadcoatings populair. Landbouwchemicaliën zijn essentieel ter bescherming van gewassen en om opbrengsten te maximaliseren. Zaadcoatings vormen een dun film laagje om het zaad waarin groeistimulerende en ziektewerende substanties verwerkt worden. De huidige coatings zijn gemaakt uit synthetische polymeren die echter gebaseerd zijn op fossiele grondstoffen en aanleiding geven tot vervuilende microplastics bij degradatie. Biopolymeren kunnen een alternatief bieden, maar tot op heden is het niet gelukt om de synthetische polymeren te evenaren qua eigenschappen. Vooral het vinden van een juiste balans tussen stofvorming bij frictie van de zaden (“dust-off”) en het vloeivermogen van de zaden, is een uitdaging bij gebruik van biopolymeren. Het doel van het project is om een eenvoudig vernetbare vorm van poly(asparaginezuur), eventueel in aanwezigheid van cellulose fibrilen, te testen als biogebaseerde en biodegradeerbare component in watergedragen zaadcoating formulaties. Er zal onderzocht worden wat deze alternatieve materialen bieden qua toepassingsmogelijkheden in de zaadcoatingsindustrie.
Vanuit het werkveld is er een steeds grotere behoefte aan duurzame bouwstenen om materialen te ontwikkelen. Op gebied van materiaalontwikkeling, biedt additive manufacturing (AM) de mogelijkheid om een veelzijdig aanbod aan op maat gemaakte materialen te produceren. Een belangrijke klasse materialen gebruikt in AM zijn thermohardende fotopolymeren. Hoewel thermohardende fotopolymeren duurzaam zijn omdat geen milieuvervuilende, vluchtige organische solventen nodig zijn in de formuleringen, zijn de op de markt beschikbare thermohardende fotopolymeerformulaties nog niet duurzaam genoeg. De grondstoffen zijn meestal nog van fossiele oorsprong en eens uitgehard zijn de 3D geprinte objecten niet meer recycleerbaar of herverwerkbaar tot andere objecten. In dit project zullen NHL Stenden, Universiteit Maastricht en Liqcreate werken aan het ontwikkelen van biogebaseerde fotopolymeerharsen op basis van bouwstenen afgeleid van lignine, vetzuur en kampfer. Bovendien zullen de bouwstenen reversibele bindigen bevatten die toelaten om anders niet recycleerbare uitgeharde producten bij verhoogde temperatuur toch te kunnen verwerken als een thermoplast, wat de weg opent naar recyclage. Op basis van deze bouwstenen zullen fotopolymeerformulaties worden gemaakt en uitgehard, waarna de mechanische eigenschappen in kaart worden gebracht. De beste fotopolymeer formulaties zullen worden gebruikt voor het 3D printen van objecten, waarvan de recycleerbaarheid bestudeerd zal worden.
