Biopolymeren: ‘Het is soms meer spuitschieten dan spuitgieten’

Het voorzitterschap was in handen van Piet Lemstra, hoogleraar polymeertechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven. Ondanks de complexiteit van het onderwerp werd er tijdens de bijeenkomst een duidelijk beeld geschapen over de mogelijkheden en onmogelijkheden van biopolymeren.

De bijeenkomst begon met een korte introductie van Piet Lemstra over het begrip biopolymeren, gevolgd door de eerste presentatie van Martin Patel, specialist op het gebied van levenscyclusanalyse (LCA) aan de Universiteit Utrecht. Het gebruik van biopolymeren staat nog in de kinderschoenen, maar biedt volgens Patel wel kansen voor de toekomst. ‘Deze kansen moeten we met beide handen aangrijpen als we de schadelijke effecten van producten op het milieu willen verminderen.’

Grote veranderingen
Hij illustreerde dit aan de hand van LCA’s en legde uit dat de direct en indirect benodigde hoeveelheid energie om biopolymeren te maken in veel gevallen nu al minder hoog is dan bij aardoliepolymeren. Volgens Patel kan het gebruik van biopolymeren grote veranderingen voor de industrie teweeg brengen. Als er gebruik wordt gemaakt van volledig hernieuwbare energiebronnen, dan kunnen gunstige effecten worden behaald. Hij besloot zijn presentatie met de mededeling dat de koplopers op het gebied van biopolymeren het voorbeeld moeten nemen in een duidelijke en volledige rapportering van de ontwikkelingen op dit gebied.

We staan aan het begin van een leercurve
Rolf Koster, register polymeerkundige en werkzaam aan de TU Delft verzorgde de tweede presentatie. ‘Er is veel meer mogelijk met biopolymeren dan we denken, dit komt omdat we aan het begin staan van een leercurve. We moeten vooral zoeken naar slimme oplossingen.’ Koster heeft op de TU delft veel geëxperimenteerd met het spuitgieten van biopolymeren en benadrukte dat we ons zelf veel vragen moeten stellen over de mogelijkheden. Volgens Koster kunnen biopolymeren een aantrekkelijk alternatief zijn voor specifieke toepassingen in met name de verpakkingswereld.

Kansen voor biopolymeren
Hij gaf aan dat er een enorme rijkdom aan moleculen aanwezig is in de natuur. Veel van deze moleculen kunnen verantwoord worden gebruikt als bouwstenen voor polymeermaterialen, ondanks dat we diverse routes van materiaalkringlopen nog verder moeten ontwikkelen en verbeteren. ‘Er is veel meer mogelijk dan we nu denken’. Volgens Koster is het niet belangrijk waar de producten van gemaakt worden; wel belangrijk is het om na te gaan wat je ermee kan doen. ‘Bij producten die zijn vervaardigd uit biopolymeren praten we voornamelijk over dunwandige producten. Ten eerste omdat dunwandig materiaal economisch aantrekkelijk is, rekening houdend met de verwerking en distributie. En ten tweede moeten de producten in veel gevallen bio-afbreekbaar zijn; dat gaat sneller met dunwandig-materiaal.’

Overigens werden op dit gebied meteen een aantal misverstanden uit de wereld geholpen: er zijn synthetische polymeren die wel bio-afbreekbaar zijn en er bestaan biopolymeren die dat niet zijn. Wat betreft de bio-afbreekbaarheid zelf: biopolymeren kunnen er lange tijd over doen om in de natuur af te breken; bio-composteerbare polymeren breken slechts af in een industriële composteringsinstallatie bij ten minste 60ºC. Al te romantische denkbeelden over bioafbreekbaarheid moeten worden weggenomen om een extra impuls aan het toch al zo grote zwerfvuilprobleem te voorkomen.

‘Meer spuitschieten dan spuitgieten’
Koster gaf aan dat het spuitgieten met bio-based kunststoffen regelmatig problemen met zich mee brengt. ‘Het gebeurt wel eens dat de producten aan de verkeerde kant van de matrijs blijven zitten, er geen krimp is bij dikke delen en het strakke oppervlak ontbreekt. Het is soms meer schieten dan gieten.’ Koster droeg als oplossing aan dat we ons de materialen eigen moeten maken. ‘We moeten in de goede richtingen denken, vooral veel ontdekken en nieuwe (onverwachte) bevindingen doen. De materialen moeten verbeterd worden, we moeten daarom veel experimenteren. Er staat nog veel open op het gebied van biopolymeren, maar dat maakt het ook spannend’.

Kansen voor Bioplastics
De derde lezing werd verzorgd door Paul Eilbracht, directeur van Paul Eibracht Ingenieurs & adviesbureau en tevens voorzitter van O2 Nederland, een vereniging van Industrieel Ontwerpers die vorm geven aan duurzaam ontwerpen. Eilbracht benaderde het thema biopolymeren vanuit zijn ontwerpersachtergrond. Hij toonde een onderdeel van een schakel dat is vervaardigd uit hout en maïsmeel. ‘Een ideaal product, maar het moet een garantie geven van jaren; dat durfden de ontwerpers nog niet aan.’ Biopolymeren kunnen volgens Eilbracht goed toegepast worden in verpakkingen en producten met een korte levenscyclus, zoals relatiegeschenken. Hij gaf aan dat PLA hiervoor zeer geschikt is, omdat het materiaal een levensduur kan hebben van maar twaalf weken, bij geringe wanddikte. Andere voorbeelden kunnen plastic bekers of groentebakjes zijn. Het functievoordeel van de producten is de afbreekbaarheid.

‘Toegevoegde waarde is belangrijk’
Het productontwerp moet volgens Eilbracht een toegevoegde waarde scheppen. ‘Het is moeilijk om een goed product te ontwerpen op basis van biopolymeren. We moeten daarom vooral niet proberen om kunststofproducten vervaardigd uit aardoliepolymeren te kopiëren, maar ervoor zorgen dat het product haar eigen toegevoegde waarde creëert.’ Hij gaf aan dat we aan het begin staan van een langdurig ontwikkelingsproces. Hij vergeleek de ontwikkeling van biopolymeren met biodiesel. ‘Voor biopolymeren geldt hetzelfde als voor biodiesel. Nu zal het product nog niet optimaal zijn, maar als je het doorontwikkelt, kom je steeds meer in de goede richting.’

De markt wil harde informatie
Volgens Eilbracht is er vanuit de markt behoefte aan ‘harde’ informatie over en samples van biopolymeren. ‘We moeten andere productiemethoden gaan ontwikkelen en anders ontwerpen. Wil je met biomaterialen ontwerpen, dan moet je een breed inzicht hebben in de verschillende materialen.’ Daarbij moet er allereerst worden gekeken naar kleine series. ‘Het is belangrijk om gebruik te maken van honderd procent hernieuwbare grondstoffen; sluit kringlopen en let op energie. Geef nooit op, het is een nieuw materiaal op een nieuwe markt. Een biopolymeer is anders, dit moet men zich goed realiseren.’ Eilbracht benadrukte ook dat men zelf moet gaan experimenteren en dingen moet uitproberen op eenvoudige producten om zo ervaring op te doen. ‘Er liggen nieuwe mogelijkheden op de loer en veel kansen voor ons als ontwerpers.’

‘Investeer in onderzoek!’
Evenals Koster drukte Eilbracht de deelnemers op het hart dat er mensen moeten zijn die hun nek uitsteken om te investeren in onderzoek naar biopolymeren. ‘We moeten out of the box denken. We moeten – waar het gaat om biobased kunststof – meer richting het product gaan denken en minder richting machines. We moeten kennis opdoen en de komende tijd veel goede voorbeelden ontwikkelen. En niet onbelangrijk: we moeten het samen doen.’

Lemstra gelooft niet in biopolymeren
Na afloop van de drie presentaties verhaalde dagvoorzitter Piet Lemstra over de chemische structuren van biopolymeren. Lemstra had in het begin van de middag meteen al gemeld zelf ‘niet te geloven in biopolymeren’ vanwege de omslachtigheid van de processen om te komen tot eventueel geschikte materialen. Aan het eind van de bijeenkomst presenteerde hij een mondiaal overzicht van de productiehoeveelheden. Daaruit bleek ook nog eens dat het productievolume van biopolymeren bedroevend laag ligt. De wereldwijde productie van biopolymeren is – in de tijd gezien – een rommelige lappendeken. Veel bedrijven komen op en vallen weer weg, of hebben bij lange na niet de groeiverwachtingen waargemaakt die zij zelf eerder afgaven, zo bleek uit het overzicht. Maar enkele bedrijven timmeren aardig aan de weg, voornamelijk waar het de productie van PLA betreft.

PLA: ‘gemakkelijk te spuitgieten’
In de discussie aan het eind was de belangrijkste boodschap dat veel onderzoek moet worden gedaan naar de alternatieven voor aardoliepolymeren en dat de mogelijkheden van biopolymeren moeten worden benut. Verder werd gemeld dat biocomposteerbare producten als zodanig herkenbaar moeten zijn, zodat ze aanslaan. Verder werd naar voren gebracht dat je goed moet weten in welke toepassingen je biopolymeren kunt gebruiken om zo alles eruit te halen wat erin zit. PLA werd gezien als het meest zinvolle materiaal. Lemstra haakte hier direct op in en gaf aan dat het spuitgieten van PLA volgens hem geen probleem is, als je maar met zuiver PLA werkt. ‘Het moeilijkst om te spuitgieten is zetmeel.’

En zo kwam er een eind aan een middag die goed duidelijk maakte welke kansen en problemen er spelen rondom het thema biopolymeren. Het is aan een ieder om daar zijn eigen positie in te bepalen. De een gelooft er wel in, en de ander niet.