Inventarisatie alternatieve oestersubstraten

Inventarisatie alternatieve

oestersubstraten

Ir. F.H.J. Kappen

Rapport Februari 2011

© Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek 2

Colofon

Titel Inventarisatie alternatieve oestersubstraten Auteur(s) Ir. F.H.J. Kappen Nummer Rapport Februari 2011 ISBN-nummer - Publicatiedatum Februari 2011 Vertrouwelijk Ja OPD-code OPD 10/044 Goedgekeurd door Wageningen UR Food & Biobased Research P.O. Box 17 NL-6700 AA Wageningen Tel: +31 (0)317 480 084 E-mail: [email protected] Internet: www.wur.nl © Wageningen UR Food & Biobased Research, instituut binnen de rechtspersoon Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, hetzij mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. De uitgever aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele fouten of onvolkomenheden. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system of any nature, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior permission of the publisher. The publisher does not accept any liability for inaccuracies in this report.


Abstract Deze deskstudie is een onderdeel van het project “Samen verduurzamen voor een vitale

oestersector”. De Nederlandse Oestervereniging is samen met Wageningen IMARES en LEI

Wageningen UR op zoek naar “Innovatieve kweekmethoden: Vernieuwing substraat voor

collectie broed”. Het onderdeel Food and Biobased Research van Wageningen UR is in het kader

van dit project gevraagd een studie te doen naar alternatieve substraten voor de oesterteelt.

Dit project beoogt het probleem van het tekort aan mosselschelpen voor de oesterkwekers op te

lossen door de mogelijkheden van alternatieve oestersubstraten in kaart te brengen. Hierdoor

ontstaan de volgende voordelen: verminderde afhankelijkheid van het aanbod van

mosselschelpen, vermindering van kosten en verbetering van broedval.

Er kunnen verschillende mogelijkheden zijn voor substraten, waarbij substraten welke biologisch

afbreekbaar zijn uitkomst lijken te bieden. Substraten die zoveel mogelijk voldoen aan de eisen

die gesteld worden aan "natuurlijke" substraten genieten de voorkeur, mede om de sterkste

broedjes te laten overleven. In het ideale geval is het substraat een materiaal wat na een jaar nog

sterk en grotendeels intact is. Vervolgens moet het binnen 2 jaar afbreken en moet er niets meer

op de oesterschelp te zien zijn.

Van de op dit moment beschikbare bioplastics is bekeken welke geschikt zouden kunnen zijn

voor het gebruik als oestersubstraat. Een belangrijk probleem is de „plastic soep‟, een grote

hoeveelheid gedefragmenteerd plastic wat in zeeën en oceanen ronddrijft. Om dit te voorkomen

is complete afbreekbaarheid in brak of zout water een vereiste. Hier is echter weinig specifieke

informatie over te vinden. In het algemeen wordt een materiaal afbreekbaar genoemd als het in

een bepaalde omgeving (grond, compost of bv zout water) binnen 6 maand afbreekt tot

biomassa, natuurlijke gassen (bv CO2), water en/of anorganische componenten. Materialen

worden dus niet afbreekbaar genoemd als ze in 2 jaar tot deze componenten afbreken.

Zetmeel bijvoorbeeld is prima biologisch afbreekbaar in grond of compost (<6 mnd), maar de

afbreekbaarheid in zout water blijft achter (>6 mnd). Polymelkzuur (PLA) breekt af in compost,

maar ook hier is de snelheid in zout water onbekend. Sommige polyesters gemaakt door

bacterien zijn snel afbreekbaar in zout water (<6 mnd, Mirel van Telles). De afbreeksnelheid kan

in veel gevallen gevarieerd worden door dikker of dunner materiaal te gebruiken of additieven toe

te voegen. Ook kunnen mengsels van materialen gebruikt worden.

Bijna alle bio-plastics zijn via verschillende industriele productiemethoden tot een product te

vormen (extrusie, spuitgieten, etc.). Hier zal in eerste instantie niet de limitering voor het gebruik

als oestersubstraat liggen. Prijzen van bioplastics liggen tussen 1 en 10 euro/kg, wanneer een

goedkope (en mogelijk functionele) filler (bv kalk) gebruikt wordt, kan de prijs/kg van een

product gemakkelijk meer dan gehalveerd worden.


Inhoudsopgave

Abstract 3

1 Inleiding 5

1.1 Aanleiding 5

1.2 Wensen en eisen 5

2 Inleiding bioplastics 7

2.1 Bioplastics 7

2.2 Hernieuwbare polymeren 7

2.3 Biodegradeerbaarheid/composteerbaarheid 8

2.4 Biodegradeerbaarheid in zeeën en oceanen 9

2.5 Marktomvang en toepassingen 9

3 Biodegradatie in (zee) water 11

3.1 Plastic soep 11

3.2 Biodegradeerbaarheid in zeeën en oceanen 11

3.3 Materialen 13

3.4 Snelheid van afbraak 13

4 Conclusies 16

5 Bijlage: Materiaal overzicht 17

5.1 Cellulose plastics 17

5.2 PLA (Poly lactic acid) 19

5.3 Bacteriële polyesters (PHA‟s) 21

5.4 Polyesters 24

5.5 Thermoplastisch zetmeel & TPS gebaseerde materialen 26

5.6 Biopolymeer blends 28

5.7 Niet afbreekbare hernieuwbare polymeren 30


1 Inleiding

1.1 Aanleiding

Deze deskstudie is een onderdeel van het project “Samen verduurzamen voor een vitale

oestersector”. De Nederlandse Oestervereniging is samen met Wageningen IMARES en LEI

Wageningen UR op zoek naar “Innovatieve kweekmethoden: Vernieuwing substraat voor

collectie broed”. Het onderdeel Food and Biobased Research van Wageningen UR is in het kader

van dit project gevraagd een studie te doen naar alternatieve substraten voor de oesterteelt.

Eén tot enkele malen per jaar worden er op een aantal oesterpercelen mosselschelpen gezaaid

waar oesterlarven zich aan hechten. De oester groeit en de mosselschelp verteerd in een periode

van twee jaar. De laatste jaren zijn er door een beperkte aanvoer van mosselen te weinig

mosselschelpen om in de behoefte van de oesterkwekers te voorzien. Daarnaast is de prijs van

een kubieke meter mosselschelpen opgelopen tot rond de € 30. Deze ontwikkelingen nopen de

oestersector naar het vinden van een alternatieve methode voor de invang van oester op de

kweekpercelen door verschillende (nieuwe) substraten te testen.

In het verleden is onderzoek verricht naar de toepasbaarheid van substraten en het verbeteren

van de broedval van oesters. Voortschrijdend inzicht laat zien dat er verschillende mogelijkheden

kunnen zijn voor substraten, waarbij substraten welke biologisch afbreekbaar zijn uitkomst lijken

te bieden. Substraten die zoveel mogelijk voldoen aan de eisen die gesteld worden aan

"natuurlijke" substraten genieten de voorkeur, mede om de sterkste broedjes te laten overleven.

Dit project beoogt het probleem van het tekort aan mosselschelpen voor de oesterkwekers op te

lossen door de mogelijkheden van alternatieve oestersubstraten in kaart te brengen. Hierdoor

ontstaan de volgende voordelen: verminderde afhankelijkheid van het aanbod van

mosselschelpen, vermindering van kosten en verbetering van broedval.

1.2 Wensen en eisen

Er zijn verschillende wensen en eisen voor het alternatief voor een oestersubstraat te definiëren.

1. Afbraakprofiel

2. Invloed op maritiem milieu

3. Groei van oesters

4. Prijs

Mosselschelpen worden gestort op de zeebodem waarna het oesterbroed ingevangen wordt en

groter wordt. Na 1 jaar worden de mosselschelpen met kleine oesters opgevist en elders opnieuw

gestort. Anderhalf tot twee jaar later worden de oesters opnieuw opgevist om verkocht te

worden. Deze procedure betekent dat na 1 jaar het oestersubstraat nog een zekere sterkte moet


hebben om opgevist te kunnen worden. Na in totaal 3 jaar moet het substraat niet meer op de

nieuwe oesterschelp te zien zijn.

Om het alternatieve oestersubstraat algemeen geaccepteerd te krijgen, mogen zowel het

oestersubstraat als de afbraakproducten geen negatieve invloed op het maritiem milieu hebben

(giftigheid, residuen).

Naast het afbraakprofiel is het natuurlijk belangrijk dat het oesterbroed goed hecht aan het

substraat, dat er geen algengroei plaatsvindt en dat het substraat bij het begin de juiste

mechanische eigenschappen heeft (flexibiliteit).

Uiteindelijk moet het alternatieve oestersubstraat beschikbaar zijn voor een economisch

aantrekkelijke prijs. Mosselschelpen kosten ongeveer 33€/m3, waarbij voor 5 ha ongeveer 300m3

nodig is (± 2000 €/ha).


2 Inleiding bioplastics

2.1 Bioplastics

De term bioplastics zorgt vaak voor verwarring. In het verleden werden met deze term

voornamelijk biodegradeerbare plastics aangeduid. Maar momenteel ligt de focus van media,

wetenschap en industrie bij bioplastics vooral op het hernieuwbare karakter van de plastics (zie

ook Figuur 1). Ter verduidelijk zijn hieronder de verschillen en overeenkomsten tussen

biodegradeerbare en hernieuwbare toegelicht.

Figuur 1 Biodegradeerbaar en/of hernieuwbaar

In het groene vlak (links) staan biologisch afbreekbare polymeren, in het gele vlak (rechts)

hernieuwbare polymeren en in het oranje vlak (overlappend) polymeren die zowel hernieuwbaar

als afbreekbaar zijn.

a) Voorbeelden van niet-hernieuwbare biodegradeerbare plastics zijn o.a. polyesters zoals

Eastar Bio, Bionolle, en Ecoflex gebaseeerd op fossiele grondstoffen.

b) Voorbeelden van hernieuwbare polymeren die niet biologisch afbreekbaar zijn, zijn o.a.

Sorona en Rilsan (nylon 11) met bv mais als grondstof, maar chemisch gemodificeerd.

c) Voorbeelden van hernieuwbare biodegradeerbare polymeren zijn polymelkzuur (PLA),

Mater-Bi en Biopar op basis van grondstoffen uit mais of zetmeel.

2.2 Hernieuwbare polymeren

Op dit moment is er (in het kader van de CO2 discussie) een grote vraag naar hernieuwbare

materialen. De toegevoegde waarde van biologische afbreekbaarheid is afhankelijk van de

toepassing.

Hernieuwbare polymeren zijn polymeren waarvan de grondstoffen direct of indirect afkomstig

zijn uit de natuur. Dit zijn bijvoorbeeld natuurlijke polymeren zoals zetmeel en cellulose. Zetmeel

kan thermoplastisch gemaakt worden door toevoeging van weekmakers zoals glycerol, terwijl

cellulose chemisch gemodificeerd moet worden om thermoplastisch verwerkbaar te worden. Ook

Sorona,PDO

(Dupont)

Rilsan

Nylon 11

(Arkema)

Ecoflex

(BASF)

PLA

(Natureworks)

Biopar

(Biop)

Bionolle

(Showa Denko)

Mater-Bi

(Novamont)


kunnen diverse polymeren direct uit micro-organismen of gemodificeerde gewassen gewonnen

worden. Bekende voorbeelden zijn polyhydroxyalkanoaten (PHA‟s), maar ook bacterieel cellulose

is een voorbeeld van deze groep hernieuwbare polymeren. Een heel belangrijke groep zijn de

polymeren die worden geproduceerd uit biobased bouwstenen. Het bekendste voorbeeld is PLA

waarvan de (melkzuur) bouwstenen worden geproduceerd via fermentatie. Ook via chemische

wegen worden hernieuwbare bouwstenen geproduceerd zoals isosorbide (uit suikers) en furanen

(uit pectines).

Vaak worden hernieuwbare polymeren betrokken in de discussie over het gebruik van

voedingsgewassen voor non food toepassingen. Deze discussie is ontstaan naar aanleiding van

het gebruik van palmolie in de productie van biodiesel, het gebruik van maïs voor de productie

van bioethanol (brandstof) en de verschuiving in het landgebruik naar gewassen zoals koolzaad,

eveneens voor de productie van biobrandstoffen. Echter het gebruik van landbouwgewassen

voor de productie van hernieuwbare bioplastics is zeer beperkt in vergelijking tot het gebruik

voor biobrandstoffen. Daarnaast is de trend bij de productie van biobrandstoffen het gebruik van

agroafvalstromen zoals bijvoorbeeld stro. Momenteel worden technologieën ontwikkeld die het

gebruik van deze afvalstromen mogelijk maken.

2.3 Biodegradeerbaarheid/composteerbaarheid

In diverse toepassingen hebben biodegradeerbare plastics een toegevoegde waarde boven niet

afbreekbare plastics. Voorbeelden zijn:

1. afbreekbare mulch folies die door hun afbreekbaarheid niet van landbouwgronden verwijderd

hoeven worden

2. afbreekbare verpakkingsmaterialen die gezamenlijk met voedselresten gecomposteerd kunnen

worden

3. afbreekbare bindstrips en clips die niet handmatig verwijderd behoeven te worden door telers

Uit bovenstaand voorbeelden komt naar voren dat bij de keuze voor een bioplastic de afvalfase

meegenomen moet worden.

De eisen die aan een biodegradeerbaar plastic worden gesteld zijn vastgelegd in internationale

normen zoals de internationale norm voor composteerbare plastics: EN13432. Deze norm

definieert hoe snel en in welke mate een biodegradeerbaar plastic moet degraderen onder

commerciële composteringcondities. Bovendien stelt de norm eisen aan de kwaliteit van de

resterende compost en mogen biodegradeerbare plastics bijvoorbeeld niet te veel zware metalen

bevatten. De norm stelt eisen aan de samenstelling en grondstoffen van bioplastics maar ook aan

het desintegreren van geproduceerde producten. Voor biodegradeerbare films wordt daarom ook

vaak een maximale filmdikte aangegeven waarbij de film nog voldoende snel desintegreert.

De term biodegradeerbaar plastic wordt ook vaak gebruikt door producenten van gemodificeerde

petrochemische plastics die lijken af te breken. In dit geval worden speciale additieven


toegevoegd aan bijvoorbeeld polyethyleen (PE) die producten onder invloed van UV-straling (uit

zonlicht) of zuurstof (uit de lucht) uit een laten vallen. Deze materialen voldoen echter niet aan

de eisen van de EN13432 norm.

2.4 Biodegradeerbaarheid in zeeën en oceanen

De in de vorige paragraaf genoemde EN13432 norm beschrijft aan welke eisen een plastic moet

voldoen om composteerbaar genoemd te mogen worden. Een specifieke conditie wordt hierbij

aangegeven (temperatuur, aanwezige microorganismen, vochtgehalte, etc.). Dit is niet de conditie

van zeewater. Daarvoor is een specifieke test nodig om de afbreekbaarheid in zee te kunnen

bepalen.

In Europa bestaat nog geen norm voor de eisen waaraan een plastic moet voldoen om

afbreekbaar in zee genoemd te mogen worden. De American Society for Testing and Materials

(ASTM) heeft wel een norm beschreven waaraan een plastic moet voldoen om afbreekbaar in zee

genoemd te mogen worden (ASTM D7081 – Standard Specification for Non-Floating

Biodegradable Plastics in the Marine Environment).

Deze specificatie heeft betrekking op producten uit kunststof (inclusief verpakking en coatings)

die zijn ontworpen om biologisch afbreekbaar te zijn onder maritieme condities. Mogelijke

omgevingen zijn ondiep en diep zout water en brak water. De producten moeten een

„bevredigende‟ biologische afbraak hebben in een tempo vergelijkbaar met bekende

composteerbare materialen. Verder beschrijft deze specificatie dat de afbraak van deze materialen

geen schadelijke milieueffecten mag hebben. Producten die voldoen aan de eisen zijn geschikt om

het label “marine disposable” te dragen.

In het volgende hoofdstuk wordt verder op deze norm in gegaan.

2.5 Marktomvang en toepassingen

Het is moeilijk een goede schatting te maken van de marktomvang van bioplastics omdat de

markt erg heterogeen is. Schattingen starten bij een minimale omvang van 50000 ton (minder dan

1%). De marktomvang (gebruik van bioplastics) in 2006 wordt door SRI Consulting geschat op

85000 ton. Dit terwijl wereldwijd de consumptie van flexibele verpakkingen wordt geschat op

12,3 miljoen ton.

Afbreekbare bioplastics zijn vooral populair in de verpakkingssector. Voorbeelden zijn

boodschappentassen van afbreekbare plastics en afvalzakken voor in de groenbak. Daarnaast

verpakt bijvoorbeeld de “Greenery” al haar biologische producten in bioafbreekbare

verpakkingsmaterialen. Ook catering producten zijn voorbeeld waarbij bioafbreekbare plastics

een voordeel op kunnen leveren. Disposable bordjes en bestek maar ook bijvoorbeeld


hamburgerbakjes worden vaak samen met voedselresten afgevoerd. Wanneer gebruik wordt

gemaakt van afbreekbare/composteerbare plastics kan dit afval in de groencontainer.

De verschuiving van afbreekbare plastics naar hernieuwbare plastics maakt dat ook in duurzame

producten steeds meer gekeken wordt naar bioplastics. Voorbeelden zijn mobiele telefoons uit

PLA/kenaf composietmaterialen (NEC), tapijtvezels gemaakt van Sorona (Dupont), auto

interieurs (Mazda) en leidingen uit Rilsan (Arkema). Bij deze toepassingen is biodegradatie niet

van belang maar wel de duurzaamheid (o.a. CO2 balans) van producten. Dit heeft zelfs al geleid

tot een productiemethode voor het maken van low density polyethyleen (LDPE) uit etheen

gemaakt uit suikerriet.

De laatste jaren zijn bioplastics economisch aanzienlijk competitiever geworden. De prijs van

conventionele plastics is gestegen en de eigenschappen van bioplastics zijn sterk verbeterd. De

productiecapaciteit van bioplastics neemt sinds 2000 sterk toe en wordt op dit moment geschat

op 350000 ton. Grote spelers zijn Natureworks (140000 ton PLA), Dupont (50000 ton Sorona)

en in Europa Novamont (35000 ton zetmeelblends). Ook in de komende jaren zal capaciteit

worden bijgeplaatst zoals voor de productie van polyethyleen uit suikerriet en de productie van

PHA.


3 Biodegradatie in (zee) water

3.1 Plastic soep

Het doel van deze desk-studie is een materiaal te vinden wat gebruikt kan worden als een

alternatief voor mosselschelpen die gebruikt worden als oestersubstraat. Om acceptatie van dit

alternatief te krijgen, mag het materiaal aan het einde van de gebruikscyclus niet eindigen als

onderdeel van de „plastic soep‟.

Een tiental jaar geleden is een gebied in zee ontdekt met grote concentraties zeeafval, deze

zogenaamde plastic soep is ontstaan door steeds verder toenemende hoeveelheden zeevervuiling.

Afval dat in zee drijft wordt door zeestromingen meegevoerd, en blijft vaak achter op een plek

waar de stromingen convergeren. Blootstelling aan licht kan er voor zorgen dat onder andere

lange plastic moleculen of 'polymeren' worden opgebroken in steeds kleinere plastic moleculen.

Fotodegradatie is de afbraak van moleculen onder invloed van licht. Echter, plastic kan door

fotodegradatie niet helemaal worden afgebroken. Er blijven altijd zeer kleine plastic moleculen

over die vervuiling van de grond en het water veroorzaken.

Als gevolg van fotodegradatie bestaat de plastic soep grotendeels uit minuscule plastic deeltjes.

Deze deeltjes worden door vissen en andere zeedieren vaak aangezien voor het eetbare plankton.

Opname van teveel plastic deeltjes en de toxische stoffen die daar vaak aan gebonden zijn kan

uiteindelijk de dood tot gevolg hebben. Consumptie van deze vissen kan voor de mens ook

schadelijk zijn.

3.2 Biodegradeerbaarheid in zeeën en oceanen

In tegenstelling tot biodegradeerbaar materiaal blijft door fotodegradatie afgebroken materiaal

altijd bestaan uit kleine plastic moleculen. Biodegradeerbaar materiaal breekt onder invloed van

micro-organismen af tot koolstofdioxide, water en mineralen en heeft op deze manier geen

invloed op de „plastic soep‟.

De in het vorige hoofdstuk genoemde ASTM norm D7081 (Standard Spcification for Non-

Floating Biodegradable Plastics in the Marine Environment) beschrijft de normen waaraan een

plastic moet voldoen om bio-afbreekbaar in zee genoemd te mogen worden. De volgende 3

vereisten worden daarvoor gesteld:

1. Desintegratie tijdens afbraak in zee:

een product moet desintegreren tijdens zeewater blootstelling zodat eventuele residuen niet

gemakkelijk te onderscheiden zijn van andere organische materialen of deeltjes die normaal

aanwezig zijn in deze omgeving. De norm schrijft voor dat onder gecontroleerde

testomstandigheden het product na 12 weken zover gedesintegreerd moet zijn dat minder dan

30% op een 2 mm zeef overblijft.


2. Inherente biologische afbreekbaarheid:

het product moet van materialen gemaakt zijn die inherent afbreekbaar zijn. Dit wordt

bepaald door middel van testen onder gecontroleerde omstandigheden. De norm schrijft voor

dat van elke component in het product in gecontroleerde testomstandigheden minimaal 30%

van het organische koolstof in kooldioxide is geconverteerd na 180 dagen. Tevens moet het

materiaal voor minimaal 90% biodegraderen in organische compost.

3. Geen schadelijke milieueffecten:

De geteste producten of materialen hebben geen negatieve impact op de overleving van

maritieme organismen en zijn ook niet bezwarend voor het ecosysteem als ze in zee geplaatst

worden. Daarnaast mogen de polymere producten of andere materialen tijdens afbraak geen

onacceptabele hoeveelheden metalen of andere giftige stoffen in het milieu brengen. De

kunststof producten worden getest op hun toxiciteit d.m.v. een microbiële zuurstof

absorptietest, een microbiële bio-luminescentietest, en toxiciteit testen op vissen, plankton en

algen.


4 Substraatconcepten In dit hoofdstuk wordt verder ingegaan op concepten waaraan men moet denken om een

geschikt bioplastic als oestersubstraat te kiezen. In de bijlage (hoofdstuk 6) staat een algemeen

overzicht van bioplastics met hierin vermeld de grondstoffen, prijzen en verwerkbaarheid.

4.1 Materialen

Ondanks de grote milieuproblemen die gepaard gaan met plastic afval in zee, zijn er bijna geen

gegevens bekend over materialen die aan de eerder genoemde ASTM D7081 norm voldoen. De

vraag naar specifiek in zee afbreekbare materialen is relatief klein en men zoekt oplossingen in

composteerbaarheid of recycling ter voorkoming/vermindering van het afvalprobleem.

Eén van de bedrijven die specifiek adverteert met een materiaal dat voldoet aan de ASTM D7081

norm is Telles met het product Mirel. Mirel is een polyhydroxyalkanoaat (PHA) dat geproduceerd

wordt door micro-organismen die gevoed worden met suiker.

Andere materialen kunnen ook bioafbreekbaar zijn in zeewater, maar het is onbekend of deze

materialen gecertificeerd zijn.

4.2 Snelheid van afbraak

Wanneer het alternatieve oestersubstraat op dezelfde manier verwerkt wordt als de huidige

verwerkingsmethode met mosselschelpen, moet het aan een bepaald afbraakprofiel voldoen

(Figuur 2). Na 1 jaar wordt het materiaal opgevist waarvoor het een minimale sterkte moet

hebben. Na 3 jaar worden de oesters opgevist om verkocht te worden en mogen er geen resten

plastic aan de schelp te zien zijn.

Figuur 2 Afbraakprofiel oestersubstraat

Minimale sterkte

C A

B

Ste

rkte

/ in

tegr

itei

t

0 1 2 3

Tijdsduur [jaar]

D


In bovenstaande figuur staat het afbraakprofiel getekend van een oestersubstraat. Materiaal A

heeft een lineair afbraakprofiel, per maand breekt een gelijke hoeveelheid af. Materiaal B heeft

een uitgesteld afbraakprofiel, het eerste jaar breekt het niet of nauwelijks af en daarna begint het

pas. Materiaal C is zeer snel afbreekbaar, maar moet, om na 1 jaar nog een minimale sterkte te

hebben, bij het begin zeer sterk (lees: dikwandig) zijn. Materiaal D is langzaam afbreekbaar en is

na 3 jaar nog niet verdwenen.

Het bedrijf Telles verkoopt een door microorganismen geproduceerd PHA met de merknaam

Mirel. Mirel voldoet aan de ASTM D7081 norm, maar zal in pure vorm waarschijnlijk te snel

afbreken. Volgens de norm moet het materiaal na 3 maand al gedesintegreerd zijn in stukken

kleiner dan 2 mm. Volgens bovenstaande figuur heeft Mirel de eigenschappen van materiaal C.

PLA is watervast en hoewel het composteerbaar is, voldoet het niet aan de ASTM D7081 norm

omdat de afbraak te langzaam is om te meten.

Er zijn verscheidene technische mogelijkheden om de afbraak van bioplastics te vertragen:

1. Door blenden met een langzamer afbrekend bioplastic valt het product minder snel

uiteen (bijvoorbeeld Figuur 2, materiaal A).

2. Het basismateriaal begint later af te breken wanneer het gecoat wordt met een

langzamer afbrekend bioplastic (bijvoorbeeld Figuur 2, materiaal B).

3. Door grotere, dikkere producten te maken, kan na 1 jaar de minimale sterkte behouden

blijven. De kostprijs van het product zal hierdoor verhoogd worden.

Ook kan de afbraak van bioplastics versneld worden:

1. Door blenden met een sneller afbrekend bioplastic valt het product sneller uiteen

(bijvoorbeeld Figuur 2, materiaal A).

2. Vulmiddelen (bijvoorbeeld kalk) kunnen de snelheid van afbraak versnellen.

3. Door dunnere producten te maken, kan de desintegratie binnen 3 jaar bereikt worden.

Het zal dan wel moeilijk zijn om na 1 jaar de minimale sterkte te hebben.

Uiteindelijk zijn van zeer weinig materialen de precieze afbraakeigenschappen bekend. Van

blends met verschillende bioplastics is het afbraakprofiel nog onbekender. Wanneer een (blend)

van materialen gekozen wordt, is een (tijdrovende) praktijktest vaak de enige manier om te

bestuderen of het product aan de eisen voldoet.


4.3 Verwerkbaarheid

In de bijlage (hoofdstuk 6) staat een algemeen materiaaloverzicht van bioplastics. O.a. de

verwerkbaarheid van de verschillende bioplastics wordt hierin beschreven. Over het algemeen zal

de vormgeving van het eindproduct de productiemethode bepalen. Bijna alle bio-plastics zijn via

verschillende industriele productiemethoden tot een product te vormen (extrusie, spuitgieten,

etc.). Hier zal in eerste instantie niet de limitering voor het gebruik als oestersubstraat liggen.

Wel moet er rekening gehouden worden met de gebruikte additieven om het plastic verwerkbaar

te krijgen. Sommige grades bevatten bijvoorbeeld een weekmaker waarvan niet bekend is of ze

giftig zijn voor het maritiem milieu.


5 Conclusies ASTM norm D7081 beschrijft waaraan een bioplastic moet voldoen om bioafbreekbaar in

maritiem milieu genoemd te mogen worden. Het bioplastic moet snel genoeg desintegreren

(binnen 3 maand kleiner dan 2mm) onder maritieme condities en inherent biologisch afbreekbaar

zijn (30% afgebroken in een half jaar in zee en 90% in een half jaar in een composteerinstallatie).

Daarnaast mogen het bioplastic, de componenten (additieven) en de afbraakproducten geen

invloed hebben op het maritiem milieu.

Het PHA Mirel van Telles voldoet aan bovenstaand ASTM norm, maar zal waarschijnlijk te snel

afbreken. Zetmeel plastics voldoen niet aan de norm, zijn wel inherent biologisch afbreekbaar en

zullen waarschijnlijk te langzaam afbreken. Door middel van blenden en productvormgeving

(coaten, wanddikte) zou het afbraakprofiel getuned kunnen worden.

Vanwege beperkte beschikbaarheid van gegevens over biologische afbraak in zeeën en oceanen

zullen alle materialen en producten (langdurig) getest moeten worden om zich in de praktijk te

kunnen bewijzen.

Vanwege de discussie over de „plastic soep‟ van niet-biologisch afbrekende polymeren is over het

algemeen de acceptatie van een bioplastic oestersubstraat meer afhankelijk van de invloed op het

zee-leven dan van zaken als prijs, beschikbaarheid en verwerkbaarheid.


6 Bijlage: Materiaal overzicht

6.1 Cellulose plastics

6.1.1 Inleiding

Cellulose en cellulose derivaten zijn hernieuwbare biodegradeerbare

materialen. Cellulose plastics behoren tot de oudste plastic materialen.

De belangrijkste cellulose plastics zijn cellulose nitraten en cellulose

acetaten. Cellulose acetaat werd al in 1927 commercieel geproduceerd

en was belangrijk voor ondermeer de vliegtuigindustrie. Na de tweede

wereldoorlog werd dit materiaal steeds verder verdrongen door de

opkomst van nieuwe kunststof materialen die vaak goedkoper

geproduceerd konden worden. Sinds de opkomst van de biopolymeren

is er een hernieuwde interesse voor cellulose plastics. Naast cellulose plastics zijn niet

thermoplastisch verwerkbare cellulose vezels en films (viscose, rayon, cellofaan) belangrijke

hernieuwbare materialen.

6.1.2 Grondstoffen en productie

Cellulose is een hoog kristallijn polymeer materiaal dat niet thermoplastisch verwerkbaar is. De

verwekingtemperatuur (Tg) van cellulose is hoger dan de degradatietemperatuur. Cellulose moet

(verregaand) chemisch gemodificeerd worden om thermoplastisch verwerkbaar te worden.

Cellulose acetaat is een thermoplastisch verwerkbare cellulose ester die wordt verkregen door het

modificeren van cellulose met azijnzuur(anhydride). Als grondstof voor het productieproces

wordt een zeer zuivere cellulose pulp (dissolving pulp) gebruikt die wordt gewonnen uit hout of

katoen. “Ongemodificeerde” cellulosefilms zoals cellofaan worden geproduceerd vanuit een

oplossing, net als cellulosevezels zoals viscose en rayon.

Cellulose acetaat is verkrijgbaar in verschillende substitutiegraden die de biodegradeerbaarheid en

de oplosbaarheid van het polymeer bepalen. Hoewel cellulose acetaten hernieuwbaar en

afhankelijk van de substitutiegraad bioafbreekbaar zijn kunnen deze materialen niet echt

milieuvriendelijk genoemd worden vanwege het energie- en chemicaliën gebruik tijdens de

productie.

6.1.3 Eigenschappen

Cellulose diacetaat is watervast en producten van cellulose diacetaat kunnen gebruikt worden in

kokend water, dit in i.t.t. tot de meeste andere afbreekbare polymeren. Het materiaal neemt iets

water op maar dit heeft geen gevolgen voor de eigenschappen. Cellulose diacetaat is afbreekbaar

onder composteringsomstandigheden. In waterige omgeving degradeert het materiaal niet.


6.1.4 Verwerking

Cellulose acetaat kan verwerkt wordt via conventionele verwerkingstechnieken zoals:

Extrusie

Spuitgieten (niet via hot runner systemen)

Sheetextrusie

Thermovormen

Blow moulding

Cellulose acetaat is eerste voorbeeld van een materiaal dat werd verwerkt via de blow moulding

techniek (1930). Na 1939, met de opkomst van LDPE is cellulose acetaat in deze technologie

vervangen en is deze industrie sterk gegroeid.

6.1.5 Toepassingen

Het overgrote deel van de cellulose acetaten die worden geproduceerd worden verwerkt tot

vezels voor textiel en sigarettenfilters. In veel plastic toepassingen is cellulose acetaat verdrongen

door petrochemische kuststoffen.

De belangrijkste huidige toepassing van cellulose plastics zijn (high-end toepassingen zoals):

lenzen (en implantaten), handvaten voor gereedschap en tandenborstels, decoratieve elementen

voor de automobielindustrie, displays, verpakkingsmaterialen en zonnebrillen. Daarnaast geeft

leverancier FKuR als belangrijkste toepassingsgebieden disposables aan (messen, lepels, bordjes,

vorken, kopjes etc.). Hierbij moet opgemerkt worden dat cellulose acetaat vanwege de goede

thermische resistentie één van de weinige bioplastics is die gebruikt kan worden in combinatie

met heet water of bijvoorbeeld voor magnetrontoepassingen. Cellulose plastics zijn (afhankelijk

van de gebruikte weekmakers en additieven) FDA approved. Recente toepassingen in flessen

worden niet gevonden.

6.1.6 Samenvatting

Cellulose plastics (met als belangrijkste voorbeeld cellulose diacetaat zijn materialen met

uitstekende eigenschappen zoals taaiheid, hardheid, sterkte, helderheid en chemische resistentie.

Het materiaal heeft een uitzonderlijk mooi uiterlijk (glans) en voelt prettig aan. Deze laatste

eigenschappen bepalen vooral de huidige toepassing van cellulose plastics als optisch materiaal,

decoratie materiaal en handvaten voor gereedschap. Vaak worden weekmakers toegevoegd om de

eigenschappen en met name de verwerkbaarheid van cellulose acetaat te verbeteren.

Heel belangrijk is dat er een grote variëteit aan grades verkrijgbaar is, en dat niet alle cellulose

acetaten volledig afbreekbaar en/of hernieuwbaar zijn.

Het belangrijkste nadeel dat ook het gebruik van cellulose plastics beperkt is de hoge prijs van

meer dan 4€/kg. Met de opkomst van de petrochemische plastics zijn cellulose plastics

vervangen in de meeste toepassingen. Bovendien heeft de hoge prijs de toepassing van cellulose

plastics als biopolymeer op grote schaal verhinderd.


6.2 PLA (Poly lactic acid)

6.2.1 Inleiding

Op dit moment is PLA de meest aansprekende bioplastic. Het is (net als

cellulose plastics) zowel gebaseerd op hernieuwbare grondstoffen als

composteerbaar en de eigenschappen van het materiaal zijn goed. PLA is

transparant en het materiaal heeft een aantrekkelijke prijs die de overstap

op biopolymeren voor veel bedrijven aantrekkelijker heeft gemaakt.


PLA is een 100% hernieuwbare kunststof met momenteel als belangrijkste grondstof maïs

(Natureworks). In enkele Europese landen is het gebruik van deze grondstof (genetisch

gemodificeerde maïs) omstreden. In principe kan echter iedere zetmeelhoudende grondstof

worden gebruikt. Daarnaast zijn suikerbieten of wei geschikte grondstoffen. Via fermentatie van

zetmeel of suikers wordt melkzuur geproduceerd.

Natureworks heeft een LCA studie uitgevoerd waarin (de productie van) PLA wordt vergeleken

met plastics die gebaseerd zijn op petrochemische grondstoffen. Natureworks claimt dat gebruik

van PLA een besparing van 25 tot 68% fossiele brandstof oplevert in vergelijking met

polyethyleen (PE). Hierbij wordt gerekend met het gebruik van hernieuwbare energiebronnen

tijdens de productie van PLA.

6.2.3 Eigenschappen

De eigenschappen van PLA worden vaak vergeleken met die van PET. PLA is transparant en

waterbestendig. Een typische eigenschap van PLA folie is dat het knispert of kraakt. Dit wordt

vaak als zeer hinderlijk ervaren.

PLA is alleen composteerbaar in commerciële installaties. Belangrijk is dat gedurende het

composteringsproces een voldoende hoge temperatuur wordt bereikt.


6.2.4 Verwerking

Voor verwerking is het essentieel dat PLA goed gedroogd is (<250 ppm vocht) omdat het

materiaal anders heel gevoelig is voor hydrolyse. PLA kan verwerkt worden via conventionele

technieken zoals:

Filmextrusie

Thermovormen

Blow moulding

Spuitgieten

Vezelextrusie

Daarnaast wordt PLA verwerkt via extrusieschuimen. De verwerkingstemperaturen variëren

tussen 170 en 210°C. PLA kan gerecycled worden eventueel met toevoeging van chainextenders.

6.2.5 Toepassingen

Oorspronkelijk werd PLA vanwege een zeer hoge kostprijs (> 50€/kg) vooral toegepast in

medische applicaties (afbreekbare botfixatiemiddelen, vaatprothesen). Naast PLA voor medische

toepassingen is er nu PLA beschikbaar voor een aantrekkelijke prijs (< 2€/kg). Toepassingen zijn

vooral verpakkingsmaterialen (films, doosjes) voor snoep, groenten, fruit, vlees en zuivel, en

disposables (drinkbekers, flesjes). De Greenery verpakt bijvoorbeeld veel biologische producten

in PLA folie. PLA heeft daarvoor een FDA approval. PLA is ook als krimpfolie beschikbaar en

wordt er gewerkt aan vezeltoepassingen voor bijvoorbeeld kleding en tapijt.

6.2.6 Verkrijgbaarheid en prijs

De prijs van PLA is iets beneden 2€/kg en daarmee is PLA wat betreft prijs kwaliteit verhouding

verreweg de meest interessante bioplastic.

6.2.7 Samenvatting

Wat betreft de prijs, de eigenschappen en de verwerkingsmogelijkheden is PLA een zeer goede

keuze voor veel toepassingen. Nadelen op dit moment zijn de lage HDT (maximale

gebruikstemperatuur), de brosheid (lawaaierige folies) en de tijdelijke beperkte beschikbaarheid.

Aan het verbeteren van de eigenschappen wordt momenteel veel onderzoek verricht en dit zal op

korte termijn ook wel resultaat opleveren. Positief is dat er veel masterbatches voor PLA

beschikbaar zijn. Wat betreft de beschikbaarheid wordt veel verwacht van nieuwe initiatieven

voor de productie van PLA. Hiermee kan wellicht ook nog een verdere kwaliteitsslag worden

gemaakt.


6.3 Bacteriële polyesters (PHA’s)

6.3.1 Inleiding

Polyhydroxyalkanoaten (PHA‟s) vormen een groep lineaire

polyesters die kunnen worden geproduceerd door bacteriën,

gisten of planten. Belangrijke voorbeelden zijn

polyhydroxybutyraat (PHB) en polyhydroxybutyraat valeraat

(PHBV), maar in principe kunnen zeer veel verschillende

polyesters worden geproduceerd met een zeer brede variatie aan

eigenschappen. Net als de twee voorgaande materialen zijn PHA‟s hernieuwbare

biodegradeerbare materialen met uitstekende eigenschappen. Echter PHA‟s zijn over het

algemeen niet transparant.


PHA‟s kunnen worden geproduceerd door sommigen bacteriën, gisten of planten. Bij planten en

gisten is altijd genetische modificatie noodzakelijk om ze PHA‟s te laten produceren. Bij bacteriën

wordt er gebruik gemaakt van genetische modificatie om de productiecapaciteit te verhogen of

materiaaleigenschappen te veranderen. PHB kan worden gemaakt met micro-organismen zoals

Alcaligenes eutrophus of Bacillus megaterium uit bijvoorbeeld glucose of zetmeel. In het

productieproces is het eerst van belang dat de micro-organismen zich vermenigvuldigen en

vervolgens worden ze aangezet tot het maken van PHB. De “winning” van PHB uit de micro-

organismen is een belangrijke stap. Opbrengsten variëren tussen 30 en 80% op basis van het

drooggewicht van de micro-organismen. In het productieproces zijn efficiënt gebruik van

voedingsstoffen door de micro-organismen en extractie van PHB uit de micro-organismen de

belangrijkste stappen waaraan nog steeds veel onderzoek wordt gedaan om zodoende het

materiaal goedkoper te maken.

6.3.3 Eigenschappen

De eigenschappen van PHA‟s zijn afhankelijk van de monomeersamenstelling, en afhankelijk van

deze samenstelling is het mogelijk om een grote variëteit aan PHA‟s te produceren. Materialen

variëren van thermoplasten tot elastomeren met smeltpunten tussen 40 en 180 °C.

Polyhydroxybutyraat (PHB) is een hoogkristallijn thermoplastisch materiaal met eigenschappen

die vergelijkbaar zijn met polypropyleen (PP), maar is wel stijver en brosser. Behalve de prijs is

vooral de brosheid een beperking voor de toepasbaarheid van PHB. Polyhydroxybutyraat valeraat

(zoals het vroegere Biopol van Monsanto) is taaier en heeft een stijfheid die vergelijkbaar is met

PP (1000-2000 MPa) en breukrekken van 10-50 % zijn normaal. PHA‟s met een relatief

gemiddelde ketenlengte zijn elastomeren zijn met een laag smeltpunt en lage kristalliniteit.


Interessant in verband met voedselverpakkingen zijn de zeer goede watervastheid en de lage

water(damp)doorlaatbaarheid van PHA‟s.

De biodegradeerbaarheid van PHA‟s is uitstekend. Mirel dat wordt geproduceerd door

Metabolix/Telles voldoet o.a. aan de EN 13432 en ASTM D7081 normen.

6.3.4 Verwerking

De verwerkbaarheid van PHA‟s is afhankelijk van de samenstelling.

Mirel van Metabolix is geschikt voor spuitgieten, extrusiecoaten en sheetextrusie. Daarnaast

wordt nog gewerkt aan thermovormen, filmblazen, schuimen en vezelspinnen. Geadviseerd

wordt het materiaal voor gebruik te drogen. Verwerkingstemperaturen variëren van 160 tot

180°C.

Biopol is in Duitsland, de Verenigde Staten en Japan gebruikt om shampoo flessen mee te

produceren.

6.3.5 Toepassingen

Mogelijke toepassingen van PHA‟s zijn gezien de eigenschappen van het materiaal legio. In het

verleden zijn onder meer shampooflessen, creditcards en kleerhangers geproduceerd. Het

materiaal is ook zeer geschikt voor allerhande verpakkingsmaterialen. Gezien de kostprijs van

PHA‟s liggen op dit moment medische en farmaceutische toepassingen voor de hand zoals

weefsels, nietjes, schroeven, chirurgische platen, stents, etc.

Met haar product Mirel werkt Metabolix samen met eindgebruikers aan toepassing als coatings

voor papieren bekers, diverse disposables, mulch films, bloempotjes, diverse

voedselverpakkingen, folies, pennen, badges en tandenborstels (hoofdzakelijke coating- en

spuitgiettoepassingen). Grades geschikt voor thermovormen en blow moulding zijn nog niet

beschikbaar. Ook aan de FDA approval die voor diverse producten noodzakelijk is wordt nog

gewerkt.


De geschiedenis van PHA‟s kent een lange weg waarbij vooral de ontwikkeling van een

commercieel aantrekkelijk productieproces de grootste bottleneck is geweest. Spelers die in het

verleden actief waren op het gebied van PHA‟s zijn onder andere ICI/Zeneca, Monsanto en

Procter and Gamble. Op dit moment is er zeer veel interesse in PHA‟s en zijn diverse bedrijven

actief met de opstarten van de productie van PHA‟s of het uitbreiden van de huidige

productiecapaciteiten.

Er wordt gesuggereerd dat de prijs van PHA‟s kan dalen tot 4 à 5 €/kg maar dit is nog steeds vier

maal zoveel als de marktprijs van polyethyleen.


Op dit moment zijn de producenten van PHA‟s:

Metabolix/Telles (USA), merknaam Mirel (www.metabolix.com)

PHB Industrial SA, merknaam Biocycle (Brazilië), (www.biocycle.com.br)

Tianan Biologic Material Co, Ltd (China), merknaam (www.tianan-enmat.com) ook

verkrijgbaar via Peter Holland BV (www.peterholland.nl), prijs vanaf 6,- €/kg.

Biomer (Dld), (www.biomer.de), prijs vanaf 20€/kg.

Metabolix heeft in 2001 de Biopol technologie gekocht van Monsanto. In 2004 zijn de

fermentoren, waarin met behulp van bacteriën PHA‟s werd geproduceerd, gesloten en Metabolix

richt zich sindsdien op het produceren van PHA‟s met behulp van planten. Producten onder de

merknaam Mirel worden op de markt gezet door Telles en 50/50 joint venture van Metabolix en

ADM.

PHB Industrial produceert onder de naam Biocycle PHA‟s. Momenteel wordt gewerkt aan een

productiefaciliteit van 2000 tot 5000 ton per jaar waarin PHB en PHBV geproduceerd kan

worden.

In China wordt ca 1000 ton PHBV per jaar geproduceerd door Tianan onder de merknaam

ENMAT. Het materiaal wordt terplekke verwerkt tot o.a. disposables en golf tee‟s. Het Duitse

bedrijf Biomer levert zowel PHB als PLA compounds.

6.3.7 Samenvatting

Er wordt al vele jaren onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van PHA‟s maar de keuze uit deze

materialen met een redelijke prijs en ook op grotere schaal beschikbaar is nog klein. Hier lijkt in

de toekomst verandering in te komen waarbij nog onduidelijk is of de prijsslag die gemaakt kan

worden voldoende is om de concurrentie met andere bioplastics aan te kunnen gaan. Wat betreft

de eigenschappen zal concurrentie geen probleem zijn al is om dit moment de verwerkbaarheid

nog beperkt tot enkele technieken.

Op dit moment is het PHA Mirel van Telles het enige biopolymeer waarmee sterk geadverteerd

wordt met biologische afbreekbaarheid in maritieme condities. Andere PHA‟s zouden ook onder

deze condities afbreekbaar kunnen zijn, maar beschikken nog geen certificaat.

http://www.tianan-enmat.com/

http://www.peterholland.nl/

http://www.biomer.de/


6.4 Polyesters

6.4.1 Inleiding

In dit hoofdstuk worden diverse polyesters beschreven zoals polycaprolacton (PCL) en diverse

copolyesters (Ecoflex). Alifatische polyesters zijn goed biologisch afbreekbaar, maar worden

hoofdzakelijk uit petrochemische bouwstenen geproduceerd. Alifatische polyesters zijn flexibele

materialen met een lage glasovergangtemperatuur en smelttemperatuur. De eigenschappen

worden vaak vergeleken met PE.


Polyesters worden gemaakt uit niet hernieuwbare aardoliecomponenten via klassieke polyester

synthese routes. De gebruikte grondstoffen (bouwstenen) maken het materiaal biologisch

afbreekbaar. Afhankelijk van de uitgangsstoffen kunnen er allerlei moleculaire structuren gemaakt

worden. Dit leidt tot een variatie in mechanische eigenschappen. De trend naar hernieuwbare

bouwstenen voor polymeren maakt dat het waarschijnlijk is dat in de toekomst deze polymeren

ook gemaakt gaan worden uit hernieuwbare bouwstenen, of dat er nieuwe copolyesters

ontwikkeld worden op basis van hernieuwbare grondstoffen.

6.4.3 Eigenschappen

Polycaprolacton (PCL) is een semikristallijn (niet transparant) materiaal met een smeltpunt van

60°C. De mechanische eigenschappen van PCL zijn vergelijkbaar met het synthetische

polyethyleen (dus lage E-modulus en hoge breukrek (> 200 %)). PCL is een watervast en volledig

bioafbreekbaar polymeer.

6.4.4 Verwerking

Alifatische polyesters zijn vooral geschikt voor filmblazen en extrusie, en vaak niet geschikt voor

spuitgiettoepassingen. Ook blow moulding van bijvoorbeeld PCL (blends) is mogelijk.

6.4.5 Toepassingen

Mogelijke toepassingen van polyesters zijn te vinden in de foliemarkt voor bijvoorbeeld zakken

voor groente en fruit. Ook kunnen dit soort materialen worden gebruikt als laminaat in of op

trays voor bijvoorbeeld vlees- of visverpakkingen. Polyesters worden hoofdzakelijk toegepast als

component in blends of laminaten en in beperkte mate als monomateriaal.


PCL wordt door de bedrijven, Dow Chemicals (voorheen Union Carbide, merknaam: Tone™)

en Perstorp (voorheen eigendom van Solvay, merknaam: CAPA®) commercieel op de markt


gebracht (www.dow.com en www.perstorpcaprolactones.com). Een kleine producent is Polyfea

(www.caprowax-p.de).

In de 90-jaren zijn door bedrijven zoals BASF (merknaam: Ecoflex, www.basf.com), Eastman

Chemical (merknaam: Eastar Bio), Bayer (merknaam: BAK) en Showa Denko (merknaam:

Bionolle, www.shp.co.jp) een grote variëteit aan bioafbreekbare copolyesters ontwikkeld.

Inmiddels worden Eastar Bio en BAK niet meer geproduceerd. Daarentegen heeft kortgeleden

Novamont (producent van vooral zetmeel gebaseerde plastics) aangekondigd op de markt te

komen met een nieuwe lijn van hernieuwbare/biologisch afbreekbare polyesters. De materialen

zullen vermarkt worden onder de naam Origo-bi® (www.novamont.com). De prijs van biologisch

afbreekbare (co-)polyesters ligt tussen 3 en 6 €/kg, en is in de meeste gevallen hoger dan 4.-€/kg.

6.4.7 Samenvatting

Van de vele biopolyesters zijn er nog slecht enkelen commercieel beschikbaar. In verband met de

eigenschappen die veelal lijken op PE worden biopolyesters hoofdzakelijk toegepast in blends

met bijvoorbeeld zetmeel en/of PLA. Op dit moment zijn de copolyesters niet hernieuwbaar

maar het is niet ondenkbaar dat in de toekomst steeds meer hernieuwbare bouwstenen

ingebouwd zullen gaan worden.

http://www.dow.com/

http://www.perstorpcaprolactones.com/

http://www.caprowax-p.de/

http://www.novamont.com/


6.5 Thermoplastisch zetmeel & TPS gebaseerde materialen

6.5.1 Inleiding

Thermoplastisch zetmeel is één van de meest

gebruikte hernieuwbare biopolymeren. Met

behulp van een weekmakersysteem kan zetmeel

thermoplastisch gemaakt worden. FBR heeft in

het verleden veel onderzoek gedaan naar

thermoplastisch zetmeel en dit heeft in

samenwerking met AVEBE geleidt tot de

ontwikkeling van Paragon. Om thermoplastisch zetmeel breder toepasbaar te maken wordt het

vaak gebruikt in combinatie met andere biopolymeren (blends). In de begintijd van de bioplastics

werden ook petrochemische niet afbreekbare plastics zoals PE geblend met zetmeel. Deze

materialen leken biodegradeerbaar maar het PE deel bleef achter. Met o.a. de normering van

biodegradatie testen zijn deze materialen van de markt verdwenen en wordt TPS alleen nog in

combinatie met afbreekbare bioplastics toegepast.


Zetmeel is een hernieuwbare, goedkope grondstof die uit een groot aantal (plantaardige) bronnen

geïsoleerd kan worden (aardappelen, maïs, tarwe, tapioca). Zetmeel is geen uniform materiaal, het

bestaat uit twee types van glucosepolymeren: een laagmoleculair lineair polymeer genaamd

amylose en een hoogmoleculair vertakt polymeer genaamd amylopectine.

Droog zetmeel bezit een smelttemperatuur die ver boven de degradatietemperatuur van dit

materiaal ligt. Om zetmeel thermoplastisch verwerkbaar te maken is daarom een

weekmakersysteem essentieel. Geschikte weekmakers zijn o.a. glycerol, sorbitol en water. Via

extrusie wordt zetmeel verwerkt tot halffabrikaten, het zogenaamde thermoplastisch zetmeel of

Thermoplastic Starch (TPS). TPS gebaseerde materialen bevatten meestal copolyesters,

caprolacton en soms cellulose acetaat met daarbij de benodigde compatibilisers.

6.5.3 Eigenschappen

De mechanische eigenschappen van TPS materiaal kan variëren van flexibel (vergelijkbaar met

polyethyleen; E-modulus 500 MPa) tot stijf (vergelijkbaar met polystyreen; E-modulus 3000

MPa). Het toevoegen van vulstoffen (krijt, talk) en natuurlijke vezels (vlas e.d.) is mogelijk.

Voordelen van TPS materialen zijn hun goede gasbarrière-eigenschappen en antistatische gedrag.

Thermoplastisch zetmeel heeft een relatief lage doorlatendheid van CO2 en zuurstof en hoge

doorlatendheid van waterdamp. Dit zijn belangrijke eigenschappen voor de conservering van

voedsel. TPS is zeer snel biologisch afbreekbaar/composteerbaar. Zetmeel is in principe


wateroplosbaar, producten gemaakt van TPS vallen daarom langzaam uit elkaar in water. TPS

materialen zijn niet volledig transparant. Verbetering van de watervastheid is goed mogelijk door

gebruik te maken van blends of meerlaagsfolies.

6.5.4 Verwerking

Belangrijk bij de verwerking is dat TPS niet gedroogd moet worden, water is essentieel voor de

verwerkbaarheid van het materiaal. TPS is verkrijgbaar in diverse typen die geschikt zijn voor

verschillende verwerkingstechnieken zoals filmblazen, spuitgieten, sheetextrusie (en

thermovormen) en schuimextrusie. Verwerkingstemperaturen variëren van 120-180°C.

6.5.5 Toepassingen

Een grote markt voor thermoplastisch zetmeel wordt ingenomen in de schuimindustrie. Loose-

fill schuimen op basis van zetmeel omvatten momenteel ongeveer 50% van het

toepassingsgebied van thermoplastisch zetmeel. Andere belangrijke verpakkingstoepassingen zijn

folies, draagtassen en geschuimde trays.

Daarnaast wordt TPS toegepast in diervoeding en -speeltjes, plantenpotten en zogenaamd mulch-

folie, dat wordt ingezet ten behoeve van oogstvervroeging en onkruidonderdrukking


De granulaatprijs van TPS materialen ligt tussen de 1,5 en 4 euro per kilo. Producenten zijn

bijvoorbeeld Novamont Spa (Mater-Bi, www.materbi.com), Biopolymer Technologies AG

(BIOPAR, www.biopag.de), Rodenburg bioplastics (Solanyl, www.biopolymers.nl), Biotec

GmbH (www.biotec.de), Plantic Technologies Limited (www.plantic.eu). Deze producenten

verwerken TPS hoofdzakelijk in combinatie met andere bioplastics vooral vanwege de

watergevoeligheid van TPS. Een succesvol voorbeeld van TPS is Paragon van Paragon Products

bv dat voornamelijk gebruikt wordt in diervoeder en –speeltjes.

6.5.7 Samenvatting

Hoewel de eigenschappen en verwerkingsmogelijkheden van TPS goed zijn, beperkt vooral de

watergevoeligheid de toepasbaarheid van dit materiaal. Blends van TPS worden met name

toegepast in (afval)zakjes en draagtassen voor eenmalig gebruik.


6.6 Biopolymeer blends

6.6.1 Inleiding

Blenden is een veel gebruikte methode om eigenschappen van diverse bioplastics te combineren

of optimaliseren. Vaak gaat het om stijfheid, kostprijs en de verwerkingsmogelijkheden.


De ingrediënten van bioplastic blends zijn in variërende hoeveelheden PLA, copolyesters en

polycaprolacton met daarbij vulmiddelen, additieven en compatibilisers. Soms wordt ook

cellulose acetaat, polyvinylalcohol (PVOH) of polyvinylacetaat (PVAc) verwerkt.

6.6.3 Eigenschappen

De eigenschappen van biopolymeer blends zijn afhankelijk van de ingrediënten maar ook de

kwaliteit van de blend (compatibilisering). Bekende blends (combinaties van biopolymeren) zijn:

PLA polyester blends voor het verbeteren van de taaiheid van PLA

Ecoflex PLA blends voor het verbeteren van de mechanische eigenschappen en

verwerkbaarheid van Ecoflex (Ecovio)

Een nadeel van biopolymeer blends is dat deze niet transparant zijn.

6.6.4 Verwerking

In principe zijn er blends beschikbaar voor alle verwerkingstechnieken. Veel bioplastic blends

zijn echter speciaal geschikt voor folieproductie en dit heeft te maken met de toepassing van deze

blends.

6.6.5 Toepassingen

Het merendeel van de biopolymeer blends wordt toegepast in folies bijvoorbeeld voor

draagtasjes en verpakkingen die niet transparant hoeven te zijn. Daarnaast zijn er tal van

spuitgietproductjes bekend.


De verkrijgbaarheid van bioplastics blends is groot. Belangrijke producenten zijn Biopearls

(Biopearls, www.biopearls.nl)), FKuR (Bio-Flex, www.fkur.de) en BASF (Ecovio,

www.basf.com). Prijzen starten bij ca. 3,5 – 4,0 €/kg.


6.6.7 Samenvatting

Afhankelijk van de gewenste eigenschappen kan de keuze voor een biopolymeer blend voor de

hand liggen. Het succes van biopolymeer blends blijkt o.a. door de zeer grote en brede

verkrijgbaarheid van blends.


6.7 Niet afbreekbare hernieuwbare polymeren

6.7.1 Inleiding

Met name voor hoogwaardige toepassing is in verband met de CO2 discussie een trend naar de

ontwikkeling en toepassing van niet afbreekbare hernieuwbare polymeren. Deze ontwikkeling

gaat samen met de ontwikkeling van hernieuwbare bouwstenen voor chemicaliën en polymeren.

6.7.2 Rilsan

Rilsan of Nylon 11 is een biopolymeer dat geproduceerd wordt uit castorolie. Rilsan is een

technisch polymeer/engineering plastic en is niet bioafbreekbaar. De eigenschappen zijn

vergelijkbaar met Nylon 12 maar de productie van Rilsan is milieuvriendelijker. Ook de

thermische bestendigheid is beter dan die van Nylon 12. Rilsan wordt toegepast in high-end

applicaties zoals brandstof leidingen, slangen, flexibele olie en gas leidingen, sport schoenen,

componenten voor elektronica, katheters etc. etc.

6.7.3 Sorona

Sorona of PDO wordt geproduceerd uit 1,3 propaandiol dat wordt gemaakt uit hernieuwbare

grondstoffen (maïs). Sorona wordt geproduceerd door Dupont en voor de productie van 1,3

propaandiol werkt Dupont samen met Tate and Lyle. Sorona wordt hoofdzakelijk toegepast in

vezels voor bijvoorbeeld tapijt maar diverse andere toepassingen zijn ook mogelijk.

6.7.4 Hernieuwbaar polyetheen

Naast de ontwikkeling van nieuwe polymeren op basis van hernieuwbare bouwstenen wordt ook

gewerkt aan het maken van “bestaande” polymeren op basis van hernieuwbare grondstoffen. In

Brazilië wordt de eerste fabriek gebouwd voor the productie van hernieuwbaar polyethyleen uit

ethanol geproduceerd uit suikerriet. Productie van ethanol uit suikerriet is een bestaand product

en proces. Dit ethanol kan worden omgezet in etheen en polyethyleen. De Braziliaanse

producent Braskem verwacht eind 2009 een productiefaciliteit van maximaal 200.000 ton HDPE

per jaar gereed te hebben. Voordeel van deze aanpak is dat niet een nieuw product in de markt

wordt gezet maar toch een meer duurzaam plastic wordt geproduceerd.

6.7.5 PEIT

PEIT is een voorbeeld van een materiaal waarbij hernieuwbare bouwstenen worden toegevoegd

aan een bestaand materiaal. In dit geval wordt isosorbide, een suikerderivaat, toegevoegd aan

PET. Doel van deze toevoeging is niet zozeer het maken van milieuvriendelijke materialen, maar

het verhogen van de Tg en dus gebruikstemperatuur van PET. Aan deze ontwikkeling wordt

gewerkt door Dupont en Roquette (Franse suikerproducent).


In fundamentele studies wordt binnen Dutch Polymer Institute (DPI) onderzoek gedaan naar

vergelijkbare materialen. In deze studies maakt FBR hernieuwbare bouwstenen zoals isosorbide

(derivaten) en furanen en worden deze door TU Eindhoven ingebouwd in polymeren.

Inventarisatie alternatieve oestersubstraten

Documents

Transcript of Inventarisatie alternatieve oestersubstraten