Henk Tolsma – Het aandeel biokunststoffen in de gehele kunststofmarkt bedraagt nog slechts enkele procenten. De voordelen voor milieu en klimaat zijn duidelijk, maar om productie op commerciële schaal en toepassing in de praktijk te realiseren blijkt een weerbarstig verhaal.
PLA – PolyLacticAcid of melkzuur – is goed voor zo’n vijftien procent van alle geproduceerde bio-kunststoffen. Het is een thermoplast gemaakt van uit maïs gewonnen melkzuur. PLA wordt veel gebruikt als flexibel en doorzichtig verpakkingsmateriaal voor voedsel, en ook in de vorm van bekers en potjes voor dezelfde markt. Het is in principe transparant en flexibel. Met vermenging van kalk wordt het harder. Het heet dan CPLA (crystallizad PLA) en is dan beter hittebestendig. Het is ook composteerbaar, in een industrieel proces bij hogere temperaturen dan in een doorsnee composthoop.
Mondjesmaat
Het gebruik van natuurlijke materialen is zo oud als de mensheid. Dat betreft in het begin vooral steen en hout, en later ook leer, rubber, plantenolie en natuurvezels. Kunststoffen gebaseerd op fossiele brandstoffen hebben die rol de afgelopen eeuw voor een flink deel overgenomen. Nu gaat het er om, vanwege milieu en klimaat, dat op natuurproducten gebaseerde materialen die kunststoffen weer terugdringen. En die nieuwe biomaterialen kunnen met moderne technieken verder worden ontwikkeld en verfijnd.
Dat terugdringen van fossiele kunststoffen lukt nog maar heel mondjesmaat. Het aandeel van bio-kunststoffen in de wereldwijde kunststofproductie ligt ergens tussen de één en acht procent, afhankelijk van wat wordt meegeteld. European Bioplastics houdt het op een productie van zo’n vier miljoen ton, het NOVA-instituut komt op 37 miljoen ton.
Dat aandeel bio-kunststoffen is dus klein, maar wel groeiend. De productiecapaciteit is toegenomen van 1,8 miljoen ton in 2021 naar 2,2 miljoen ton een jaar later, aldus European Bioplastics. En in 2027 zou die 6,3 miljoen ton kunnen zijn.
Grote familie
Bio-kunststoffen vormen een grote familie van verschillende stoffen, met allemaal andere eigenschappen en toepassingen. Een plastic materiaal wordt een bio-kunststof genoemd als het óf gebaseerd is op biologisch materiaal (‘bio-based’) óf biodegradeerbaar is, of beide (zie schema).
Bio-based wil zeggen dat het materiaal of product – tenminste gedeeltelijk – voortkomt uit biomassa, zoals graan, suikerbieten of hout.
Biodegradeerbaar wil zeggen: de kunststof degradeert in een biochemisch proces, waarin micro-organismen materiaal omzetten in water, CO₂ en biomassa. Dit proces voltrekt zich afhankelijk van met name temperatuur en vochtigheid, en van de chemische structuur van de kunststof.
Hout scoort goed
Tijdens de recente Hannover Messe was er veel aandacht voor deze materie. Twee ministeries (Bildung und Forschung, Ernährung und Landwirtschaft) boden met grote stands ruimte aan onderzoeksinstituten en jonge ondernemingen om hun kunnen te tonen. Beide ministeries financieren samen zo’n 250 onderzoeksprojecten. Enkele daarvan zijn gericht op het geschikt maken van loofbomenhout voor verwerking in producten anders dan voor de bouw, bijvoorbeeld in de transportsector, want voor die andere toepassingen wordt momenteel vrijwel alleen naaldbomenhout verwerkt.
Hout was binnen de biomaterialen op de Messe sowieso favoriet, niet vreemd gezien het feit dat een derde van de oppervlakte van de Bondsrepubliek uit bos bestaat. De Bondsregering en de deelstaten hebben voor 2020 tot en met 2023 twee miljard euro beschikbaar gesteld voor behoud van bossen en voor duurzaam gebruik van hout – als energiebron en voor producten.
Eén op de vijf woningen en gebouwen in Duitsland is van hout. Over de levensduur van een woongebouw van 200 m² grondoppervlak kan vergeleken met een conventioneel huis van dezelfde grootte 41 ton CO₂-equivalenten worden bespaard, aldus de studie ‘Treibhausgasbalanzierung von Holzgebäuden’ van de Ruhr-Universität Bochum.
Bio-economie
Maar hout is niet het enige biomateriaal. Ook dieren, planten en microben leveren materialen voor de bio-economie. Erwten, maïs en lupines leveren lijm; vlas produceert lange vezels voor de textielindustrie en korte voor isolatiemateriaal en papier; en hennep laat lange vezels voor textiel en cellulose-vezels voor onder andere krantenpapier groeien. Uit kamille worden medicijnen gewonnen. Uit aardappelen medicijnen en ethanol. En de meeste van de genoemde planten produceren ook ingrediënten voor biologisch afbreekbare materialen.
Hop bijvoorbeeld wordt gebruikt bij de bereiding van bier (zorgt voor de bittere smaak), maar levert ook een ingrediënt voor een kankermedicijn. Van de resten (zoals stengels) die niet voor bierbereiding in aanmerking komen, maakt het bedrijf Hopfenpower uit Wolnzach een dun laminaat voor afwerking (‘beschichtung’) van meubels (VDI Nachrichten, 8/8/22).
De auto-industrie maakt gebruik van natuurvezelversterkte composieten, biokunststoffen voor binnenbekleding en stoelen, en bestanddelen van paardenbloemen zijn terug te vinden in autobanden. In de machinebouw is er een rol voor bio-smeermiddelen.
Voordelen
Bioplastics hebben meerdere voordelen. Er wordt gebruik gemaakt van jaarlijks hernieuwbare biomassa. Ze kunnen in principe twee keer worden ingezet: eerst als materiaal en dan mogelijk na einde levensduur als brandstof.
Bio-based polyetheen wordt al op flinke schaal geproduceerd en toegepast als verpakkingsmateriaal. Biologisch polypropeen kan gebruikt worden in dezelfde toepassingen als de conventionele tegenhanger – van plastic containers tot technische producten. Natuur-gebaseerd PET kan toegepast worden in hernieuwbare textielvezels.
Vandaag de dag is er voor bijna elke soort conventionele kunststof – waaronder PE, PP, PET en PVC – een bio-plastic alternatief, aldus European Bioplastics. Ze hebben dezelfde eigenschappen, kunnen in dezelfde of enigszins aangepaste productiefaciliteiten worden gemaakt, en kunnen mechanisch worden verwerkt in bestaande recyclingstromen. Bij vervanging van fossiel gebaseerde plastics drukken ze de CO₂-voetafdruk.
Nadelen
Maar waarom loopt het, ondanks die voordelen, dan toch niet zo hard met commerciële toepassingen? De Transitie-agenda Kunststoffen, geeft het antwoord. Allereerst de prijs: biobased kunststoffen zijn duurder dan fossiele kunststoffen. Ten tweede: er is onvolledig inzicht in de duurzaamheidwinst van biobased. Bovendien leven er in de markt de nodige – niet altijd terechte – twijfels hierover. Punt drie: er ontbreken betrouwbare data over de levensduur van biobased kunststoffen en over hun inpassing in het sorteer- en recyclesysteem. Als vierde punt: biobased kunststoffen zijn nog relatief onbekend bij industrie en consumenten. Tevens is de beschikbaarheid nog enigszins beperkt, aldus de Transitie-agenda, opgesteld door deskundigen in het kader van het rijksbrede programma ‘Nederland circulair 2050’.
Start-ups
Gezien die nadelen en beperkingen is het moeilijk de stap van onderzoek en ontwikkeling naar commerciële productie te zetten. Maar heel voorzichtig maken jonge startups daarin vorderingen. Vijf van hen. De website Change.Inc zette vijf van hen onlangs in het zonnetje
SusPhos haalt met een gepatenteerde technologie fosfaat uit verbrand rioolslib (slibas) uit afvalwater en maakt daarvan kunstmest en vlamvertragers. Het bedrijf heeft al een pilotfabriek in Friesland en telt vijftien medewerkers. Nu zoekt het een plek voor de eerste grootschalige fabriek die 50 miljoen kilo fosfaat per jaar uit slibas gaat winnen. Daar zoekt de start-up financiering voor.
ETB Global maakt bio-butadieen, een grondstof voor plastic en rubber in producten als autobanden, handschoenen, bouwhelmen, parfum en verf. Niet uit olie, maar uit bio-ethanol. In 2026 wil het bedrijf een demonstratiefabriek in Geleen operationeel hebben.
TNO-spin-off Relement maakt verf duurzamer en beter, aldus Change.Inc. De start-up maakt een biobased alternatief voor het ingrediënt dat verf krasbestendiger maakt: een aromaat, in dit geval bio-MPA. Niet van olie, maar van furfural. Dat wordt gemaakt van restanten uit de landbouw zoals maïskolven, graanschillen of suikerbieten en cellulosevezels uit de papier- en kledingindustrie. De bio-aromaat is ook goed te gebruiken in lijm of purschuim.
Relement investeert zelf niet in proeffabrieken of productie, maar heeft dat uitbesteed aan chemie- en verfbedrijf Solvay. Dat startte maandag 20 februari met de productie en eind dit jaar worden de eerste potten verf geleverd. In die markt heeft Relement twee nieuwe klanten gevonden.
Start-up Torwash – ook spin-off van TNO – maakt van vies en nat afval in een hogedrukreactor brandbare pellets. Torwash bouwt een demofabriek bij de rioolwaterzuivering van Waterschap Aa en Maas. Die gaat eind dit jaar 500 kilo slib per uur verwerken tot brandstof. Eneco gaat die pellets in zijn biomassacentrale in Groningen verbranden. Op termijn wil Torwash de technologie in licentie verkopen.
Paques Biomaterials maakt in de natuur afbreekbaar bioplastic uit rioolwater. De start-up laat bacteriën in afvalwater vetzuren maken uit het organisch materiaal. Daar kun je weer PHA van maken, een natuurlijke bouwsteen voor plastic. Paques opende vorig jaar zijn eerste demo-fabriek in Dordrecht en wil volgend jaar een productiefaciliteit in Emmen openen, aldus Change.Inc
Voorzichtige opmars
Biomaterialen zijn, afgezien van hout, heel voorzichtig aan een opmars bezig. Het wemelt van de onderzoeks- en voorbeeldprojecten, maar in commerciële zin stelt het allemaal nog weinig voor. Om fossiel gebaseerde kunststoffen te vervangen is er nog een hele lange weg te gaan.
Bomen en planten uit de Lego- collectie, gemaakt van biobased PE gewonnen uit suikerbieten; foto Lego
