Sinds 2010 produceert NieuWater ultrapuur water uit effluent van de RWZI Emmen. Dit water wordt als proceswater geleverd aan de NAM in Schoonebeek. De biologische actieve koolfiltratie met zuurstofdosering (BODAC), die als voorzuivering gebruikt wordt, lijkt ook een veelbelovende techniek om geneesmiddelen te verwijderen.
MULTIFILE
‘Ontwerpen met biobased plastics’ is de eindpublicatie van het project “Design Challenges with Biobased Plastics”. In dit onderzoeksproject deed de HvA, samen met diverse mkb-bedrijven onderzoek naar de kennis een tools die ontwerpers nodig hebben om biobased plastics, kunststoffen van hernieuwbare materialen, toe te passen. De publicatie gaat in op de kansen die biobased plastics bieden en biedt praktische tools, inspirerende voorbeelden en handreikingen die het ontwerpen met deze materialen makkelijker maken.
DOCUMENT
De overgang van traditionele textiel naar biotextiel kan omschreven worden als een paradigmaverandering, in grote lijnen parallel aan de komst van biotechnologie. Dit wordt vaak geassocieerd met begrippen als creatieve destructie, waarbij nieuwe innovatieve industrieën de bestaande achterhaald doen raken. Maar biopolymeren zijn er altijd al geweest. Wat opvalt, is hier niet het radicale van de verandering, maar de mogelijkheid om nieuwe technologieën en materialen toe te passen en te reageren op vragen van de markt en mondiale omstandigheden. In dit rapport wordt een overzicht gegeven van het gebruik van de meest voorkomende biopolymeren in geotextieltoepassingen, dus toepassingen in bijvoorbeeld de weg- en waterbouw of in de agro-industrie. Biopolymeren worden als volgt gedefinieerd: ‘polymeren die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen’. Dit zijn bijvoorbeeld: • Duurzame beschikbare (delen van) planten en dieren (ook aquatische biomassa). • Primaire residuen (bermgras, houtafval, ...). • Secundaire residuen (bietenpulp, bierborstel, ...). • Tertiaire residuen (dierlijk vet, GFT, ...). Biobased houdt in dat een polymeer uit natuurlijke, dierlijke of hernieuwbare grondstof bestaat. Dit geeft een grotere onafhankelijkheid van de klassieke grondstofproducenten, zoals de aardolie- en gasproducenten. Echter moet bedacht worden dat er weer een afhankelijkheid van andere grondstofproducenten kan ontstaan. Natuurlijke grondstoffen zijn de meest bekende. Er is bijvoorbeeld cellulose uit katoen, vlas van de vlasplant of brandnetelvezel van de brandnetel. Onder dierlijke grondstoffen verstaan we onder andere chitosan uit schaaldieren. Een hernieuwbare grondstof is bijvoorbeeld zetmeel/suiker voor PLA (polymelkzuur. Deze biopolymeren worden besproken om duidelijk te maken welke soorten wel of niet geschikt zijn voor verschillende toepassingen in geotextiel. Een verder onderscheid wordt wel gemaakt op basis hun ‘end of life’: biodegradeerbaar en composteerbaar. Een materiaal is biodegradeerbaar wanneer de afbraak het gevolg is van de actie van micro-organismen (zwammen, bacteriën), waardoor het materiaal uiteindelijk wordt omgezet in water, biomassa, CO2 en/of methaan, ongeacht de tijd die hiervoor nodig is. Composteerbaar wil zeggen dat stoffen worden afgebroken bij het composteren met een snelheid die vergelijkbaar is met die van andere bekende composteerbare materialen (bijvoorbeeld groenafval). Met andere woorden: een materiaal is composteerbaar wanneer het afbraakproces compatibel is met de omgevingsomstandigheden van een huishoudelijke of industriële composteerinstallatie, zoals temperatuur, vochtigheid en tijd. Hierbij dient te worden opgemerkt dat composteerbare materialen biodegradeerbaar zijn, maar niet alle biodegradeerbare materialen zijn composteerbaar. In de geotextiel bestaan twee grote verschillen in toepassingen. De permanente of houdbare toepassingen en de degradeerbare toepassingen. Oeverbescherming is een goed voorbeeld van een degradeerbaar product. Een nieuwe oever bestaat voor een groot deel uit los zand. Om ervoor te zorgen dat de oever door bijvoorbeeld erosie niet verdwijnt, worden er kokosmatten gebruikt voor versteviging. Op deze kokosmatten vormt zich op den duur een nieuw ecosysteem. De kokosmatten zullen dan na een aantal jaren composteren zonder vervuilende grondstoffen in de aarde achter te laten. Maar in bijvoorbeeld wegen of bij viaducten, wordt versteviging toegepast met als doel langdurig functiebehoud van het polymeer. In dit rapport is een tabel opgenomen met daarin de behandelde biopolymeren met de belangrijkste eigenschappen. Zo kan bijvoorbeeld een geotextiel producent de meest optimale keuze maken voor de grondstoffen voor haar producten. Ook is een figuur opgenomen, waarin een verzameling aan geotoepassingen en biopolymeren (met degradeerbaar/biobased labels) in een overzicht is gezet. Biopolymeren kunnen,
MULTIFILE
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.
Voor een beter milieu moet het gebruik van op olie gebaseerde grondstoffen verminderd worden, waarbij het noodzakelijk is om over te stappen naar duurzamere materialen en grondstoffen. Om deze overstap te versnellen en kaders te stellen aan wat kan en mag heeft de EU de Green Deal opgesteld. Hierin komen allerlei zaken aan bod, waaronder ook de duurzaamheid van materialen. Eén van de belangrijke pijlers binnen de Green Deal is biodegradatie. Materialen van de toekomst moeten een vorm van 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 wordt een biodegradeerbaar alternatief gezocht voor bindmiddelen die in verf gebruikt worden. Deze bindmiddelen zijn nu nog 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 biobased èn biodegradeerbare polyesters die door micro-organismen geproduceerd worden als bron van reserve-energie. Op dit moment zijn 150 verschillende bouwstenen bekend waaruit deze biopolymeren, onder de juiste omstandigheden, opgebouwd kunnen worden. Hieronder bevinden zich ook bouwstenen met onverzadigde zijketens. Door gebruik te maken van fermentatietechnologie kunnen de juiste omstandigheden gecreëerd worden voor micro-organismen om PHA’s te produceren met deze onverzadigde zijketens. Deze onverzadigdheid staat (oxidatieve) vernetting toe. Het resulterende netwerk van gekoppelde polymeerketens na vernetting is van belang voor het vormen van een stevige en duurzame de verflaag. Naast het fermentatie-traject wordt ook onderzocht in hoeverre gewenste eigenschappen aan PHA’s te geven zijn door (chemische) post-polymerisatie modificatie en eventueel additivering. Met de opgedane kennis kan een strategie worden ontwikkeld om PHA-binders te maken met de gewenste verfbindereigenschappen voor biobased, biodegradeerbare verven.
In het kader van het RAAK-mkb project “Bioraffinage, tool voor de productie van hoogwaardige producten uit biomassa” zijn de afgelopen jaren bioraffinage-processen bestudeerd en ontwikkeld, is een proof-of-principle gegeven om vanuit bermgras middels fermentatie tot het bioafbreekbare bioplastic poly(butylene succinaat) (PBS) te komen, en zijn een eerste aanzetten gegeven voor mogelijke toepassingen van verschillende inhoudsstoffen. Zo is ook gekeken naar toepassingsmogelijkheden van het product van de proof-of-principle-studie, PBS. Dit is gedaan tijdens een verkennend studentenproject in samenwerking met de RAAK-mkb-projectpartner Save Plastics. PBS is een biobased materiaal met goede eigenschappen waaronder een goede thermostabiliteit en compatibiliteit met vezels (Xu and Guo ,2010; Mitshubishi Chemical, 2020), en door zijn bioafbreekbaarheid draagt PBS niet bij aan de vervuiling van het milieu met (micro)plastics. Het is daarom een geschikt plastic om materialen op basis van fossiele grondstoffen te vervangen. Het belangrijkste resultaat van het studentenproject in het kader van het RAAK-mkb project was dat PBS goede potentie heeft om als isolatiemateriaal gebruikt te worden. Vanwege de vereiste lange levensduur van isolatiemateriaal is het voor deze toepassing echter ongewenst dat het materiaal afbreekt. In de literatuur wordt beschreven dat biodegradatie veelal onder invloed van micro-organismen of enzymen bij relatief hoge temperatuur plaats vindt, maar over de afbraak onder de klimaatcondities in Nederland is nog erg weinig bekend. Daarom moet onderzocht worden onder welke condities biodegradatie van PBS al dan niet plaatsvindt (invloed van vocht, temperatuur, micro-organismen) en hoe dat eventueel te voorkomen is, zodat op basis daarvan het product verder ontwikkeld kan worden. Dit moet leiden tot een ontwerp voor een prototype isolatiemateriaal op basis van PBS dat toegepast kan worden in het SaveHome van Save Plastics en als voorbeeld moet dienen van de toepasbaarheid van biobased materialen in de bouwwereld.
