Biopolymeren vormen een potentieel interessant alternatief voor conventioneel op olie gebaseerde polymeren, omdat zij geen fossiele grondstoffen gebruiken voor de productie. Daarentegen is het productie procedé afhankelijk van energie en toevoegmiddelen die weer bijdragen aan het verbruik van energie en de emissie van onder andere broeikasgassen en zijn de grondstoffen van belang, zoals het gebruik van reststromen uit de afvalverwerking of andere biomaterialen. Binnen het project Circulaire Biopolymeren Waardeketens zijn meerdere productiemethoden bestudeerd om polyhydroxyalkanoaten (PHAs) te maken uit organische reststromen: GFT en afvalwaterslib, een bijproduct uit de afvalwaterzuivering. Productie en extractie van PHAs kan middels diverse routes. In het project zijn meerdere extractieroutes bestudeerd betreffende hun mogelijkheden. Als onderdeel van het project is een levenscyclusanalyse (LCA) gedaan om de milieu-impact van de productie van de biopolymeren in kaart te brengen.
MULTIFILE
Melt electrowriting (MEW) enables precise scaffold fabrication for biomedical applications. With a limited number of processable materials with short and tunable degradation times, polyhydroxyalkanoates (PHAs) present an interesting option. Here, poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and a blend of PHBV and poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) (PHBV+P34HB) are successfully melt electrowritten into scaffolds with various architectures. PHBV+P34HB exhibits greater thermal stability, making it a superior printing material compared to PHBV in MEW. The PHBV+P34HB scaffolds subjected to enzymatic degradation show tunable degradation times, governed by enzyme dilution, incubation time, and scaffold surface area. PHBV+P34HB scaffolds seeded with human dermal fibroblasts (HDFs), demonstrate enhanced cell adherence, proliferation, and spreading. The HDFs, when exposed to the enzyme solutions and enzymatic degradation residues, show good viability and proliferation rates. Additionally, HDFs grown on enzymatically pre-incubated scaffolds do not show any difference in behavior compared those grown on control scaffolds. It is concluded that PHAs, as biobased materials with enzymatically tunable degradability rates, are an important addition to the already limited set of materials available for MEW technology.
LINK
Fontys en Avans hebben in de afgelopen twee jaar onder meer laagdrempelige test- en onderzoeksmogelijkheden geboden, bijvoorbeeld in de vorm van afstudeerstages. Daarnaast hebben de beide kennisinstellingen een (regionaal) kennisnetwerk voor het MKB gefaciliteerd dat de mogelijkheid biedt om op nieuwe ontwikkelingen te anticiperen. Het is nu mei 2011 en het project loopt ten einde. In de afgelopen twee jaar is er veel bereikt: bedrijven en onderwijsorganisaties hebben elkaar gevonden, er is veel onderzoek gedaan naar nieuwe toepassingen van biopolymeren, aannames zijn getoetst en in het groeiende netwerk van producenten, leveranciers en consumenten van bioplastics is veel kennis gedeeld en uitgewisseld.
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.
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.
AanleidingCoatings zoals verven worden toegepast voor de bescherming van materialen tegen schade, corrosie, slijtage en weersinvloeden. De Europese Unie transitieambitie (van een lineaire naar een circulaire economie) vraagt ook om verdere verduurzaming en vergroening van de coatingsector. Meer dan 75% van de totale CO2-emissie van de verfsector is gerelateerd aan het gebruik van huidig gebruikte fossiele grondstoffen. Deze grondstoffen zijn verantwoordelijk voor de negatieve milieu-impact (LCA en CF-analyses) en gebrek aan circulariteit. Ook geldt dat verfgrondstoffen een bron van persistente microplastics zijn, waarvan de nadelige gevolgen steeds meer duidelijk worden. Binnen de verfsector valt daarom een significante milieuwinst te behalen door de vervanging van de huidige fossiele grondstoffen door toekomstbestendige varianten. De gewenste transitie wordt momenteel beperkt door het gelimiteerde aanbod van duurzame, hernieuwbare en milieu ontlastende grondstoffen.Doel van het projectDit MOOI-consortium heeft tot doel om versnelling te brengen in het beschikbaar maken van biodegradeerbare, biobased en circulaire verfcoatings opdat de CO2-uitstoot en de milieubelasting gereduceerd wordt met 25% respectievelijk 75% t.o.v. huidige acrylaat gedragen verfsystemen. Het punt op de horizon van dit consortium is: verven die volledig biodegradeerbaar zijn, en waarbij het aandeel microplastics met 100% is gereduceerd en 50% van de grondstoffen wordt geproduceerd uit circulaire of biogene bronnen. Dit ambitieniveau strekt veel verder dan lopend onderzoek binnen de verfindustrie dat zich vooral richt op de ontwikkeling van biobased coatings, maar niet noodzakelijk leidt tot een positieve invloed op de milieu-impact en de microplastic problematiek.Dit consortium wil de komende vier jaren gebruiken om kennis en inzichten te ontwikkelen waarmee op kg schaal twee verschillende biodegradeerbare coatings beschikbaar worden gemaakt als Basis Wit (BW) en Basis Transparant (BTr) variant (proof-of-concept schaal). Het publiek-private consortium achter dit project dekt de hele waarde- en kennisketen; van plantaardige reststomen, via de fermentatieve productie van vetzuren, polyhydroxyalkanoaten (PHA’s) en pigmenten/kleuren, groene additieven en binders, tot het maken van high-end verven op basis daarvan.ResultaatDe projectresultaten bestaan uit duurzame grondstoffen (kg schaal) die samen één geheel vormen in “groene” verfcoatings. De technische en economische opschaalbaarheid van de projectresultaten worden tevens onderbouwd.
