Chemische aanpassing maakt plastic beter oplosbaar in zeewater

In Wageningen is een zoutgevoelig plastic doorontwikkeld en chemisch verfijnd. Het materiaal, dat oplost in zeewater, bevat nu een ingebouwde chemische structuur om de biologische afbreekbaarheid te vergroten.

Tijdens zijn promotieonderzoek werkte de Wageningse onderzoeker Julian Engelhardt aan eerder ontwikkelde saloplastics: kunststoffen die in zout water uiteenvallen tot losse ketens door slim gebruik te maken van ladingen. Door alternatieve bouwstenen te gebruiken, slaagde hij erin om zuurstofatomen in de moleculaire ruggengraat van het materiaal in te bouwen. Die chemische architectuur moet ervoor zorgen dat het kunststof na het uiteenvallen uiteindelijk ook biologisch afbreekt.

Het idee is nadrukkelijk niet om meer plastic in zee te dumpen, maar om een vangnet te creëren voor materiaal dat ondanks recycling toch daar belandt. 

Chemische estergroep maakt afbreekbaarheid waarschijnlijk

Het hoogtepunt van het promotieonderzoek legde Engelhardt vast op film. “Ik zette twee bekers neer. In de ene gewoon water, in de andere kunstmatig zeewater: tafelzout opgelost in water. In beide bekers dompelde ik een stuk van mijn plastic onder. Na tien minuten was het plastic in het zeewater al deels weg, terwijl het in het gewone water bleef liggen. Na een half uur was er niets meer van het plastic terug te vinden in het zoute water.”

Dat was voor de jonge onderzoeker het eerste bewijs dat zijn variant op de salopolymeren daadwerkelijk deed wat het materiaal moest doen: oplossen in zeewater.

Ook bewees de promovendus dat zijn ingebouwde esterverbindingen (chemische verbindingen met zuurstofatomen) daadwerkelijk aanwezig waren. Die moleculaire verbindingen staan bekend om hun biologische afbreekbaarheid door water en micro-organismen. Vergelijkbare esterverbindingen maken bijvoorbeeld polylactide (PLA) biologisch afbreekbaar. Engelhardt acht het daarom waarschijnlijk dat verdere afbraak zal plaatsvinden. “Maar dat moeten we nog bewijzen”, zegt hij. 

Van koraalrifherstel tot landbouwfolie

Veelbelovende toepassingen voor salopolymeren liggen voorlopig niet in boodschappentassen of verpakkingen. Daarvoor is het materiaal nog te gevoelig voor luchtvochtigheid. Engelhardt ziet meer kansen voor landbouwfolies of nichetoepassingen waarbij contact met water juist gewenst is. Hij noemt het herstel van koraalriffen als voorbeeld. “We zouden jonge koralen kunnen inbedden in een kunststofmatrix van salopolymeren. Zo’n mal in zee biedt eerst stevigheid en verdwijnt daarna langzaam. Zo blijft uiteindelijk alleen het koraal over, zonder resterende lijmresten of kunststofafval.” 

Maar zover is de ontwikkeling nog niet. Engelhardt produceerde tijdens zijn promotie slechts tientallen grammen materiaal. Opschalen lijkt technisch haalbaar, denkt hij, omdat de benodigde grondstoffen uit bestaande biomassastromen kunnen komen. De grootste uitdaging zit waarschijnlijk in de kosten. “Plastic bouwstenen gevoelig maken voor zout vergt extra chemische bewerkingen”, aldus de onderzoeker. “Elke stap vraagt om oplosmiddelen, zuivering en gespecialiseerde reagentia. Daarmee concurreert het materiaal met een petrochemische industrie die al decennialang op enorme schaal produceert.” Toch ziet de onderzoeker voldoende potentie om verder te bouwen aan kunststoffen die niet alleen bruikbaar zijn, maar ook weten wanneer hun taak erop zit.

Julian Engelhardt promoveerde bij de leerstoelgroepen Organic Chemistry, Physical Chemistry and Soft Matter, en bij WFBR aan Wageningen University & Research.