Groene plastics: we weten hoe het moet

Plastics zijn ontzettend handig, maar leveren ook een boel afval op. En ze zijn doorgaans gemaakt van fossiele grondstoffen, wat slecht is voor het klimaat. Bio-plastics van plantaardige grondstoffen zijn een alternatief, maar hoe maak je echt groene plastics? Wetenschappers van de Faculty of Science & Engineering werken daar hard aan. Dit is het eerste in een serie van vier artikelen over plastic onderzoek binnen deze faculteit.

FSE Science Newsroom | Tekst René Fransen

‘Als je plastics groen wilt maken moet je de hele levenscyclus aanpakken’, zegt Katja Loos. Zij is hoogleraar Macromoleculaire chemie aan de RUG. ‘Vanaf de grondstoffen, via de synthese van plastics, de productie van de plastic producten tot aan de verwerking van afgedankt materiaal.’

Plastic flessen van biomassa

Plastics zijn gemaakt van zogeheten polymeren, lange ketens van één of meer bouwstenen, de monomeren. Die monomeren kunnen gemaakt zijn van fossiele grondstoffen, maar er zijn ook duurzame alternatieven, vertelt Vincent Voet, wetenschapper in de onderzoeksgroep Circulaire Plastics van de hogeschool NHL Stenden. Die vormt met het team van Loos een gezamenlijke onderzoeksgroep,  HyBRit genaamd. ‘Plastics kun je maken van biomassa, kooldioxide, gerecycled plastic of andere plastic-bevattende materialen.’  

Een belangrijke focus van de groep ligt op het produceren van polymeren uit biologische bouwstenen. Voet: ‘De deelnemende instellingen bevinden zich in Noord Nederland, een regio met veel landbouw, veel academische kennis en een al lang gevestigde chemische industrie. Als je plastics maakt is het een voordeel om je grondstoffen uit de nabije omgeving te halen.’

Suikers zijn één mogelijke grondstof voor de productie van polymeren. Voet: ‘Er zijn veel afvalstromen van de landbouw die bijvoorbeeld zetmeel, cellulose, of andere suikers opleveren.’ Die zijn bijvoorbeeld om te zetten in het molecuul furanen, de bouwsteen voor bioplastics zoals polyethyleen furanoaat. Dit is een alternatief voor het bekende plastic PET (polyethyleentereftalaat), waar de meeste plastic verpakkingen van zijn gemaakt.

Plastic van papierafval

Andere duurzame bronnen die aan de RUG worden onderzocht zijn gerecyclede polymeren. Dina Maniar, Universitair Hoofddocent Polymeerchemie, werkt samen met de papierindustrie, die zorgt voor een flinke hoeveelheid afval in de vorm van lignine en cellulose. ‘Daar zouden ze graag iets nuttigs van maken. Wij willen dit bijvoorbeeld omzetten in een composiet materiaal van biologische bouwstenen.’

Maniar zoekt ook naar groene chemische processen. De normale manier om te polymeriseren – om aparte monomeren samen te voegen tot één lange keten – verloopt via chemische processen waarbij vaak toxische oplosmiddelen en hoge temperaturen nodig zijn. Maniar: ‘Wij willen enzymen gebruiken voor het polymeriseren, want die werken in water en bij veel lagere temperaturen.’ Een bijkomend voordeel is dat er met enzymen een betere controle is over het polymerisatie proces. Daardoor kan zij polymeren met specifieke eigenschappen maken, bijvoorbeeld voor zonnepanelen. Dat werk vindt plaats binnen het nationale onderzoekconsortium SolarLab.

Een voorbeeld is de productie van steunmateriaal in zonnepanelen van op suiker gebaseerde polymeren. ‘Dit materiaal moet bestand zijn tegen blootstelling aan allerlei weersomstandigheden.’ In een vergelijkbaar project maakt Maniar polymeren van olifantsgras (Miscanthus), voor lichtgewicht panelen die zijn te plaatsen op daken die niet sterk genoeg zijn voor de normale zonnepanelen.

Zij denkt ook vooruit, naar wat te doen met de plastics wanneer ze aan het eind van hun levensduur zijn. In het geval van het composiet is dit ingewikkeld: ‘In dat materiaal zijn de polymeerketens zeer vast aan elkaar verbonden. Dit zorgt voor een sterk materiaal, maar die verbindingen zijn lastig te verbreken. Er is heel wat onderzoek nodig om een manier te vinden om die polymeren weer van elkaar los te maken, zodat ze opnieuw zijn te gebruiken.’ Maniar is er inmiddels wel in geslaagd om verbindingen tussen lignine-moleculen te verbreken, maar het lukt nog niet voor materiaal van lignine en cellulose. ‘We weten nog niet precies wat daarin gebeurt.’

Van plastic naar product

Er zijn groene alternatieven voor de totale productieketen van plastics. Maar het blijkt lastig te zijn de wetenschappelijke opties om te zetten in commerciële producten. Voet: ‘Een belangrijke uitdaging is dat de traditionele manier om plastics te maken al ongeveer een eeuw wordt gebruikt.’ Die processen zijn dus al die tijd verbeterd en gestroomlijnd. Voor de groene alternatieven is vaak een nieuwe infrastructuur nodig, die nu nog minder ontwikkeld is. Dat maakt groene plastics doorgaans iets duurder.

Loos: ‘Het bouwen van een fabriek voor groene, enzymatische productie van plastics vraagt om een grote investering. De technische oplossingen zijn er, maar om ze door de industrie te laten overnemen zijn er regels nodig van de overheid, liefst op Europees niveau.’ Dat is niet zo gek, stelt zij, het is eerder gedaan: ‘Autogordels zijn zo verplicht gesteld, en toen we er achter kwamen dat de drijfgassen van chloorfluorkoolwaterstof in spuitbussen verantwoordelijk waren voor het gat in de ozonlaag zijn ze verboden.’ Groene plastics verdienen een vergelijkbare steun. En dat hoeft niet slecht uit te pakken voor de industrie, vindt Loos: ‘Een bedrijf dat nu begint met de overstap naar groene plastics loop over tien jaar voorop.’

Dit is het eerste in een serie van vier artikelen over plastics. Volgende week en de week erna kun je lezen over onderzoek naar plastic recycling. En over drie weken gaan we in op de vraag hoe gevaarlijk microplastics zijn, en hoe we het ontstaan ervan kunnen voorkomen.