milieubewuste kunststoffen:

(1)

Kom verder. Saxion.

www.saxion.nl/designentechnologie

uitgevoerd door:

Kenniscentrum Design en Technologie

Lectoraat Industrial Design

Lectoraat Smart Functional Materials

partners:

Industrial Design Centre | d’Andrea & Evers | Syntens | Verenigde Maakindustrie Oost

september 2010

milieubewuste kunststoffen:

biopolymeren ... van plan(t) tot product

In het kader van het RAAK project

“Materialen in Ontwerp 2”

(2)

bundelt kennis op het gebied van producten procesont- wikkeling. Samen met bedrijven worden maatschappelijke thema’s vertaald naar concepten, producten / processen en prototypes, die uiteindelijk moeten uitmonden in marktin- novaties. Kennis uit (wetenschappelijk) onderzoek wordt hierbij als input genomen en vertaald naar praktisch toe- pasbare kennis.

Stuurgroep Kenniscentrum D&T:

Peter van Dam, Jan Wolters Lectoren:

Karin van Beurden, Ger Brinks, Henk van Leeuwen, Michiel Scheffer, Piet Griffioen, Bart Meijer,

Wouter Teeuw, Theo Huibers Contactpersoon:

Ivanka Ruiterkamp e: m.a.ruiterkamp@saxion.nl Het lectoraat Industrial Design - Lector Karin van Beurden - richt zich op het vertalen van marktwensen en moge- lijkheden van de gebruiker in een maakbaar, seriematig te vervaardigen product. De mens staat centraal bij het productontwerp, doelgroepgericht ontwerpen inclusief gebruiksonderzoek is een belangrijk thema, evenals (ver- nieuwende) Materialen in Ontwerp.

Het Lectoraat Smart Functional Materials - Lector Ger Brinks – is regionaal en waar mogelijk nationaal initiërend bij het bepalen van de innovatieagenda voor textiel en smart materials toepassingen.

Het lectoraat Smart Functional Materials richt zich met name op onderzoek naar de ontwikkeling en vermarkting van hoogwaardig textiel en op onderzoek naar innovaties in functionele materialen.

Saxion

Kenniscentrum Design en Technologie M.H. Tromplaan 28

7513 AB Enschede t: 053 – 487 17 31

www.saxion.nl/designentechnologie

(3)

biopolymeren RAAK - materialen in ontwerp 2

milieubewuste kunststoffen:

biopolymeren

... van plan(t) tot product

In het kader van het RAAK project

“Materialen in Ontwerp 2”

uitgevoerd in samenwerking met:

(4)

II biopolymeren - colofon

0. Colofon

Auteur :

Karin Overbeek

Philips CLS: Mark-Olof Dirksen, Thijs Mellema Met dank aan:

Bauke de Vries

Teo Stehouwer

Markus Kosse (stagiair) en Miron Tigcheler (stagiair) Vormgeving:

Maarten Swart Eindredactie:

Ger Brinks

Marike Lammers Met een bijdrage van:

Biopearls: Remy Jongboom

AkzoNobel: André Hogt

Partners RAAK SIA Materialen in Ontwerp:

Industrial Design Centre, Tonny Grimberg

d’Andrea & Evers, Tom Evers

Syntens, Bas Ramaker

Verenigde Maakindustrie Oost , Martin Leushuis Saxion Kenniscentrum Design en Technologie

Karin van Beurden, lector Product Design

Ger Brinks, lector Smart Functional Materials

Marike Lammers, projectleider ‘Materialen in Ontwerp’

Karin Overbeek, onderzoeker

Maarten Swart, lid kenniskring

Jan de Vries, lid kenniskring RAAK

Stichting Innovatie Alliantie

www.innovatie-alliantie.nl

(5)

III

Inhoud

biopolymeren - inhoud

0. Colofon II

1. RAAK-SIA Materialen in Ontwerp 2 5

1.1 Kenniscentrum Design en Technologie ...6

1.2 Materialen in Ontwerp 2 ...6

2. Omschrijving biopolymeren 9 2.1 Definitie biopolymeren ...9

2.2 Definitie bio-kunststoffen ...9

2.3 Definitie petrochemische kunststoffen ...10

3. Markt 11 3.1 Voor- en nadelen biopolymeren en bio-kunststoffen ...11

3.2 Toepassingsmarkten ...14

3.3 Marktbenadering ...14

3.4 Economische haalbaarheid ...15

4. Praktijk 19 4.1 Toepassingsgebieden ...19

4.2 Nieuwe toepassingen (in ontwikkeling) ...21

5. Industrie 23 5.1 Spelers ...23

5.2 Uitdagingen ...23

5.3 Producenten en organisaties ...23

5.4 Beleid...25

6. Technologie 27 6.1 Productietechnieken ...27

6.2 Soorten biopolymeren ...28

6.3 Eigenschappen vergelijking ...30

6.4 Ontwikkelingsproces ...32

6.5 Verwijderingproces ...32

7. Bronvermelding 33

(6)

IV biopolymeren - inhoud

8. Implementeren van biogebaseerde

kunststoffen in huishoudelijke apparatuur 35

8.1 Duurzaamheid en verantwoordelijkheden ...35

8.2 Trends ...36

8.3 Philips aanpak: Ecovision ...38

8.4 Bioplastics ...41

8.5 Algemene Informatie ...42

8.6 Degradeerbaar versus duurzaam ...42

8.7 Typen ...44

8.8 Toepassen van bioplastics ...46

8.9 Leveranciers ...46

8.10 In kaart brengen van eisen ...47

8.11 Conclusies ...61

8.12 Bronnenlijst ...63

B 1 Indeling van belangrijke biopolymeren (definitie 1) naar grondstof 64 9.1 Zetmeel ...64

9.2 Cellulose ...65

9.3 Polymelkzuur ...66

9.4 Bio-kunststoffen gemaakt door micro organismen ...68

9.5 PHB ...68

B 2 Eigenschappen van biopolymeren 69

B 3 Mindmap biopolyeren en bio-kunststoffen 70

B 4 Producenten en leveranciers 72

B 5 Toepassingsvoorbeelden biopolymeren 73

B 6 Sugar Cane Ethanol schema 74

B 7 Eigenschappen vergelijking 75

B 8 Stromingsschema v. biomassa grondstoffen 77

B 9 Biopolymeren Roadmap* 78

B 10 End of life opties voor kunststoffen 82

(7)

biopolymeren - raak-sia materialen in ontwerp 2 5

Inleiding 1

1. RAAK-SIA Materialen in Ontwerp 2

Materialen in Ontwerp 2 (MiO2) is een gezamenlijk innovatieprogramma van Saxion, Verenigde Maakindustrie Oost, Industrial Design Centre, D’Andrea & Evers, en Syntens . Het MiO2 programma is gericht op het creëren van praktisch toepasbare kennis voor bedrijven op de volgende aandachtsgebieden:

1. Biopolymeren

2. Gerecyclede kunststoffen 3. Smart materials

4. Lijmen

Binnen het programma is bedrijven de mogelijkheid gebo- den om vragen op het gebied van de vier thema’s te stellen.

Er zijn specifieke workshops en projecten georganiseerd om kennis te vergaren voor de bedrijven. Hierbij zijn naast lectoren, docenten en studenten diverse experts en deskundigen ingezet. Daarnaast is er een Saxion materialenbibliotheek en een interactieve productdatabank:

www.saxionmaterialenlink.nl

RAAKHet een en ander is mogelijk gemaakt door gelden van RAAK SIA (Regionale Aandacht en Actie voor Kenniscirculatie) en is een regeling vanuit het Ministerie van OCenW.

Doelstelling

De initiële doelstelling van deze regeling is om de kennisuit- wisseling tussen hogescholen, BVE-instellingen en het midden- en kleinbedrijf in regionale innovatieprogramma’s te verbeteren. Daarbij gaat het vooral om het versterken van de kennisbrugfunctie die deze instellingen kunnen hebben in de relatie tussen MKB-bedrijven en het totaal van de kennisinfra- structuur.

RAAK-SIA

Dit boekje is gerealiseerd in het kader van het project

“Materialen in Ontwerp 2”, gesubsidieerd door RAAK SIA.

(Stichting Innovatie Alliantie).

(8)

6 biopolymeren - raak-sia materialen in ontwerp 2

1.1 Kenniscentrum Design en Technologie Het Kenniscentrum Design en Technologie maakt deel uit van Saxion en bundelt kennis op het gebied van producten procesontwikkeling. Samen met bedrijven worden maatschappelijke thema’s vertaald naar concepten, producten, processen en prototypes, die uiteindelijk moeten uitmonden in marktinnovaties. Kennis uit (wetenschappelijk) onderzoek wordt hierbij als input genomen en vertaald naar praktisch toepasbare kennis.

1.2 Materialen in Ontwerp 2

Saxion startte in 2008 samen met Verenigde Maakindustrie Oost, Industrial Design Centre, D’Andrea & Evers en Syntens het innovatieprogramma ‘Materialen in Ontwerp 2’ (MiO2), de opvolging van Materialen in Ontwerp 1.

Doel van MiO2 was het creëren van praktisch toepasbare kennis in door bedrijven aangedragen projectideeën. Bin- nen MiO2 lag de focus op de volgende aandachtsgebieden:

Biopolymeren, Gerecyclede kunststoffen, Smart Materials en Lijmen. Deze thema’s waren door de bedrijven uit MiO1 aangedragen.

Saxion en partners boden bedrijven de mogelijkheid om vragen op het gebied van deze thema’s te stellen. Middels workshops en projecten werd kennis vergaard voor de bedrijven.

Hierbij werden experts, deskundigen en studenten ingezet.

Het een en ander werd mogelijk gemaakt door gelden van RAAK SIA (Regionale Aandacht en Actie voor Kenniscirculatie).

1.2.1 Thema Biopolymeren

“Duurzaamheid”, het is één van de termen die tegenwoordig niet meer weg te denken zijn uit het nieuws, de reclames en vele netwerkbijeenkomsten. Duurzaam ondernemen, duurzaam wonen, duurzame energievoorziening, duurzame producten, gaat er een dag aan ons voorbij dat we niet worden herinnerd aan het belang van een duurzame levensstijl om er voor te zorgen dat deze wereld ook voor onze kinderen en achterkleinkinderen nog een fijne natuurlijke wereld mag zijn om in te leven?

Op het gebied van duurzame materialen kregen zo biopolymeren en gerecyclede kunststoffen de aandacht. In dit document worden biopolymeren belicht. Daarbij wordt vooral ook aandacht besteed aan de discussie of biopolymeren nou wel echt zo milieuvriendelijk en duurzaam zijn als dat ze lijken.

(9)

biopolymeren - raak-sia materialen in ontwerp 2 7

Dit document is opgesteld om ontwerpers en bedrijven die zich bezig houden met productontwikkeling praktische (eerste) informatie te bieden over biopolymeren. Naast definities, voor- en nadelen, technieken, toepassingsgebieden, soorten, eigenschappen en regelgeving zal ook een roadmap gegeven worden die inzicht geeft in welke biopolymeren er al zijn en welke er nog verwacht kunnen worden (zie pagina 78).

Op pagina 70 is een mindmap over biopolymeren weergegeven.

Daarnaast is er in samenwerking met Philips een onderzoek gedaan naar biopolymeren voor huishoudelijke apparatuur, uitgewerkt in pagina 35

(10)

8 biopolymeren - raak-sia materialen in ontwerp 2

(11)

biopolymeren - omschrijving biopolymeren 9

2 H oof dstuk

2. Omschrijving biopolymeren

Cellofaan, wie kent het niet. Het is gemaakt van cellulose en samen met caseïne één van de oudste biopolymeren. Van caseïne, een dierlijk eiwit dat voorkomt in melk, werden in het verleden bijvoorbeeld knoopjes gemaakt.

Biopolymeren zijn dus niet nieuw, maar wel zeer actueel.

Door o.a. de stijgende olieprijzen/tekorten, CO²-emmissies, energiebesparende productie, regelgeving, geopolitieke ontwikkelingen en consumentenbewustzijn komen bio-gebaseerde energiebronnen en polymeren meer en meer in de belangstelling. Ook zijn er veel initiatieven voor de ontwikkeling van nieuwe polymeren uit natuurlijke grondstoffen.

Er zijn wereldwijd veel verschillende definities in omloop. In dit document worden de volgende definities gehanteerd:

2.1 definitie biopolymeren

Voor biopolymeren is de onderstaande definitie gebruikt:

Biopolymeren zijn polymeren die worden geproduceerd uit natuurlijke hernieuwbare grondstoffen. [Definitie 1]

Materialen zoals Polymelkzuur en cellulose derivaten vallen binnen deze definitie.

2.2 definitie bio-kunststoffen

Bio-kunststoffen zijn gemaakt uit één of meer biopolymeren, waaraan eventueel additieven toegevoegd kunnen zijn om de eigenschappen, zoals de UV bestendigheid, produceer- baarheid of flexibiliteit, te verbeteren. Als grondstoffen voor additieven kan behalve hernieuwbare grondstoffen, ook aardolie gebruikt worden. De definitie van bio-kunststoffen is niet eenduidig. Vaak wordt onderstaande definitie gebruikt:

Bio-kunststoffen zijn gemaakt uit hernieuwbare grondstoffen en zijn in het algemeen zelf opnieuw te gebruiken. [Definitie 2]

Daarnaast is er nog een groep bio-kunststoffen waarbij de additieven materialen van natuurlijke herkomst zijn, zoals bamboe, mais afval en houtzaagsel. Deze additieven zijn dan in de vorm van vulstoffen aan een polymeer toegevoegd.

Het verwarrende is dat dit polymeer dan bijvoorbeeld polypropyleen is, dus een aardolie afstamming heeft, waarbij in gewichts-procenten een groot deel van de massa bestaat uit hernieuwbare vulstof.

Strikt genomen zijn dit composieten.

fig. 2.1 Caseïne knoopjes en cello- faan, één van de oudste voorbeelden gemaakt van biopolymeren

(12)

10 biopolymeren - omschrijving biopolymeren

2.3 Definitie petrochemische kunststoffen

Petrochemische kunststoffen zijn kunststoffen die aardolie als grondstof hebben. [Definitie 3]

Hieronder vallen bijvoorbeeld polyethyleen, polypropyleen, polyamide (nylon), polyester (PET) of polyacrylaten.

(13)

biopolymeren - mmarkt 11

H oof dstuk 3

3. Mmarkt

3.1 voor- en nadelen biopolymeren en bio-kunststoffen

De belangrijkste voor- en nadelen van biopolymeren en bio-kunststoffen ten opzichte van traditionele kunststoffen worden hier besproken.

3.1.1 voordelen biopolymeren en bio-kunststoffen 1. Biopolymeren worden geproduceerd uit hernieuwbare

grondstoffen. Hierdoor is men minder afhankelijk van fossiele grondstoffen en producenten hiervan. Men moet zich er echter van bewust zijn dat men eventueel wel af- hankelijker wordt van nieuwe grondstoffen en de daarbij horende producenten.

2. De eigenschappen van biopolymeren lijken steeds meer op de eigenschappen van petrochemische kunststoffen.

Dit komt ondermeer door additieven en voortschrijdende productietechnieken. Maar het is nog niet duidelijk of ze alle eigenschappen van de ‘petrochemische kunststoffen’ kunnen krijgen. Ook zijn de gebruikte additieven niet altijd afbreekbaar

3. Biopolymeren zijn in veel gevallen een duurzaam alternatief voor petrochemische kunststoffen. Het grote voordeel is dat bioplastics soms kunnen worden toegepast in een gesloten kringloop, ook wel cradle-to-cradle geheten (C2C). Dit voordeel behoort echter niet alleen toe aan bioplastics. Sommige petrochemische kunststoffen kunnen namelijk ook in een gesloten kringloop gebruikt worden, bijvoorbeeld PET flessen. Met toepassing in een gesloten kringloop wordt het verbruik van fossiele brandstoffen verminderd en de uitstoot van CO² beperkt.

(14)

12 biopolymeren - mmarkt

3.1.2 nadelen van biopolymeren en bio-kunststoffen 1. Voor biopolymeren is veel grondoppervlak en water

nodig. Daarmee concurreren biopolymeren bijvoorbeeld met de voedselproductie in arme landen.

2. De prijs van bio-kunststoffen ligt momenteel nog hoger dan van petrochemische kunststoffen. Het prijsverschil zal echter van tijd tot tijd verschillen. Enerzijds omdat de olieprijs, die van invloed is op de prijs van petrochemische kunststoffen, niet constant is. En anderzijds omdat de prijs van de natuurlijke grondstoffen fluctueert doordat deze marktafhankelijk is. Een mislukte oogst kan bijvoorbeeld leiden tot hogere prijzen.

3. Het is (nog) niet mogelijk - c.q. erg moeilijk - in het pro- ductieproces om alle eigenschappen van ‘petrochemische kunststoffen’ met biopolymeren te realiseren. Zo kunnen sommige bio-kunststoffen slecht tegen hitte en vocht.

4. De productiecapaciteit van bio-kunststoffen is momenteel veel kleiner dan de productiecapaciteit van de ‘petrochemische kunststoffen’. Dit hangt samen met de prijs en de relatieve inflatie. In 2007 was de productiecapaciteit ongeveer 1% van de totale kunststoffen productiecapaciteit (zie pagina 15).

(15)

3.1.3 Biopolymeren, milieuvriendelijk of niet?

Composteerbaarheid van biopolymeren

Composteerbaarheid van biopolymeren is slechts in enkele gevallen een voordeel. Ongeveer twintig jaar geleden werd het afvalprobleem als één van de grootste milieuproblemen gezien. Degradeerbare kunststoffen zouden een uitkomst bieden voor dit probleem. In een aantal gevallen is dit inderdaad het geval. Bijvoorbeeld in de tuinbouwsector, waarbij plantenresten, mulchfolie en teelthulpmiddelen niet gescheiden hoeven te worden wanneer ze biogebaseerd en biodegra- deerbaar zijn. Ook in de medische sector worden biodegradeerbare kunststoffen gebruikt, bijvoorbeeld hechtdraad.

Keerzijden

Wanneer naar de ladder van Lansink (een standaard op het gebied van afval beheer) gekeken wordt, is te zien dat er voorkeuren te stellen zijn aan de manier van afval verwerken.

Een aantal van deze aspecten zijn moeilijk uit te voeren met kunststoffen die in verloop van tijd degraderen, zoals hergebruik, recycling. Een ander nadelig effect van storten of composteren zonder energiewinning, zijn de broeikasgassen die vrijkomen bij het degraderen. Theoretisch komen er bij degradatie (rotting) net zoveel broeikasgassen vrij als bij verbranding. Bij storten of composteren komt zelfs ook nog methaan vrij: een gas dat het broeikaseffect twintig keer meer stimuleert dan CO².

LevensCyclusAnalyse (LCA) bepaalt milieuvriendelijkheid Biopolymeren worden in het nieuws vaak bestempeld als milieuvriendelijk, duurzaam en groen. Dit is echter heel zwart- wit geschetst. Er moet altijd gekeken worden naar het gebruik van het materiaal in relatie tot de toepassing.

Er kan pas echt iets over de milieuvriendelijkheid van een product of materiaal gezegd worden als er een milieugerichte LevensCyclusAnalyse (LCA) is uitgevoerd. Dit is een methode voor het in kaart brengen van de invloed van producten en menselijke activiteiten op het milieu. Speciale rekenmodel- len worden daarbij gebruikt. In LCA wordt de hele levenscyclus van een product of activiteit bekeken: van winning van grondstoffen via productie en (her)gebruik tot en met afvalverwerking. Oftewel: van wieg tot graf.

fig. 3.1 ‘ladder van Lansink”

(16)

De uitkomst van een LCA-studie is een milieuprofiel: een

‘scorelijst’ met milieueffecten. Aan het milieuprofiel is te zien welke milieueffecten de belangrijkste rol spelen in de levenscyclus. Die effecten kunnen dan met voorrang worden aangepakt.

Meer informatie over LCA is te vinden op:

www.rivm.nl/milieuportaal/dossier/lca/

3.2 Toepassingsmarkten

Verpakkingsindustrie, medische industrie, meubelindustrie, bouw, auto-industrie, landbouw en textiel. Zie pagina 19.

3.3 Marktbenadering 3.3.1 Positieve marketing Bij marketing de nadruk leggen op:

1. Duurzaamheid en natuurvriendelijk imago: bio-kunststoffen kunnen worden toegepast in een gesloten kringloop.

Maak gebruik van hernieuwbare grondstoffen. Let op: toepassing van biopolymeren is niet per definitie duurzaam en natuurvriendelijk!

2. Onafhankelijk zijn van grondstofleveranciers in politiek instabiele regio’s.

3. Ondersteuning van 3e wereldlanden, doordat veel grondstoffen daar vandaan kunnen komen.

4. Ontwerpproces op duurzaamheid gericht. Bij het ontwerpen van nieuwe toepassingen is daarbij soms een nieuwe benadering nodig: ontwerpen vanuit het materiaal.

3.3.2 Overwegingen in de marketing

Bij marketing moeten de volgende zaken in overweging worden genomen:

1. De productie van hernieuwbare grondstoffen kan ook gebonden zijn aan een bepaald gebied (als bijvoorbeeld suikerriet gebruikt wordt bij de productie van PHB*), dus geheel onafhankelijk is niet altijd mogelijk.

(17)

2. Kunststoffen uit aardolie kunnen gerecycled worden. En- kele bio-kunststoffen zijn ook te recyclen, bijv. PLA. Door middel van hydrolyse kan PLA teruggebracht worden tot melkzuur. NatureWorks en Galactic passen dit toe. In samenwerking plaatsen ze een grootschalige faciliteit gericht op inzameling van PLA-producten en feedstock recycling van PLA. Bij recycling van PLA is het wel noodza- kelijk dat PLA puur kan worden verwerkt. [18]

3. Het natuurvriendelijke imago geldt niet voor alle biopolymeren. Zo worden sommige biopolymeren (bijvoorbeeld PHA*-polymeren), met behulp van door moderne biotechnologie geproduceerde planten en gisten geproduceerd, wat niet door iedereen als milieuvriendelijk wordt gezien. Ook moet het transport meegenomen worden.

Grondstoffen kunnen bijvoorbeeld uit verre landen moeten worden aangevoerd. De zeescheepvaart is één van de grootste CO² producenten ter wereld. Ook andere stoffen die vrijkomen bij transport, zoals zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx), moeten niet worden vergeten.

Eveneens kunnen bij de productie niet milieuvriendelijke stoffen nodig zijn [8].

 PHA en PHB: bio-kunststoffen gemaakt door micro organismen. Zie ook pagina 64.

3.4 Economische haalbaarheid

De vooruitzichten voor bio-kunststoffen [definitie 2] zijn positief. Enerzijds is er een groeiende behoefte aan kunststoffen door de opkomst van vroegere ontwikkelingslanden als Brazilië, China en India. Anderzijds is er een toenemende schaarste aan fossiele grondstoffen en afhankelijkheid van politiek en economisch instabiele leveranciers. Graag wil men onafhankelijk worden en liefst zelf grondstoffen produceren.

Een grotere onafhankelijkheid bereikt men door biologische grondstoffen te gebruiken en deze zelf, op Europese schaal te produceren. Zowel biologische grondstoffen als fossiele grondstoffen zullen ten gevolge van de toenemende vraag in prijs stijgen. In de afgelopen jaren zijn echter de biologische grondstoffen minder in prijs gestegen, dan de fossiele grondstoffen. Oorzaken hiervoor zijn het nog niet geheel gebruikte landbouwoppervlakte en de nog niet overal geoptimaliseer- de landbouwmethoden.

(18)

Een nadeel van biologische grondstoffen is de soms sterk fluctuerende prijs ten gevolge van mislukte oogsten (aandeel prijsstijging 30%). Deze fluctuaties zijn meestal echter van korte duur.

Verder zijn de toenemende populariteit van biobrandstoffen, de verhoogde vraag naar (hoogwaardig) voedsel en diervoe- ders en speculaties van belang voor de prijsstijgingen (zie fig. 3.2). De afgelopen 6 jaar zijn de prijzen voor de biologische grondstoffen sterk gestegen (stand 2007). 40 jaar hiervoor was de prijs nagenoeg constant.

Voor de prijsstijgingen bij fossiele grondstoffen (zie fig. 3.3) zijn onder andere verantwoordelijk: politieke crises, verhoogde vraag, speculatie, onvoldoende productie en dure exploi- tatie kosten, koers dollar, toenemende staatsondernemingen en toenemende schaarste. Het aandeel vanwege schaarste zal in de toekomst een steeds groter aandeel opeisen. Ook hier is een sterke prijsstijging in de laatste 6 jaar te zien (stand 2007).

fig. 3.2 Bijdrage aan prijsontwik- keling biogrondstoffen (stand 2008).

Bron: Biowerktstoff-Report juni/juli 2008 [6].

fig. 3.3 Bijdrage prijsstijgingen fos- siele grondstoffen (stand 2008).

(19)

In 2007 bedroeg de productiecapaciteit voor bio-kunststoffen (biologisch afbreekbare kunststoffen) wereldwijd 265.000 ton.

Dit is echter te weinig om aan de vraag te voldoen. Europa had hierbij een capaciteit van 140.000 ton, Noord-Amerika 80.000 ton, Azië 40.000 ton en Australië 5.000 ton. De rest werd in Zuid-Amerika en Afrika geproduceerd. Experts verwachten een verviervoudiging van de productiecapaciteit in 2011.

In Europa werd in 2007 ongeveer 60.000 tot 70.000 ton aan bio-kunststoffen verbruikt. Dit was minder dan 1% van het totaal verbruik aan kunststoffen. Hierbij zijn de bio-kunststoffen uit zetmeel zoals celluloseacetaat, Tencel® (puur natuurlijke houtcellulose) en poly-melkzuur (PLA) het meest gebruikt en polyhydroxyalkanoaat (PHA) minder. De meeste experts verwachten van PLA de grootste groei.

Bio-kunststoffen zullen volgens de huidige stand van de techniek op korte termijn geen echte concurrentie zijn voor de traditionele kunststoffen. Ze zullen wel alternatieven kunnen zijn voor verpakkingen en producten met een korte levens- duur.

Literatuur

[6] Samenvatting van “Globale Rohstoffwende” en “Bio- kunststoffe”

[11] “Productie van biopolymeren in Europa” geeft een overzicht van energie

fig. 3.4 Productie capaciteit voor bio-kunststoffen (2007).

(20)

(21)

biopolymeren - praktijk 19

H oof dstuk 4

4. Praktijk

4.1 Toepassingsgebieden

Bio-kunststoffen worden steeds meer toegepast waar de ge- bruikelijke conventionele kunststoffen negatieve bijeffecten hebben (zoals moeilijk afbreekbaar en/of het vrijkomen van milieuonvriendelijke stoffen bij productie en verwijdering).

Door voortdurende ontwikkelingen, de toegenomen diversi- teit en verbeterde eigenschappen wordt deze groep kunststoffen steeds breder inzetbaar. Hierdoor kunnen innovatieve business concepten worden ontwikkeld voor andere toepassingen waarin biologische afbreekbaarheid en/of composteerbaarheid worden gecombineerd met andere sterkten van het materiaal.

Hierna worden diverse toepassingen beschreven. In hoofdtuk 6.1 worden mogelijke productietechnieken behandeld.

Verpakkingsindustrie

Vooral voor verpakkingen en disposable cateringmateriaal (bestek, bekers, enz.). Zo worden bijvoorbeeld PLA-bekers gebruikt tijdens concerten en festivals. Bedorven biologische artikelen (eten en planten) kunnen direct met de verpakking gecomposteerd worden. Ook verpakkingschips (voor be- scherming van producten tijdens vervoer) worden gemaakt van biopolymeren op basis van zetmeel.

Medisch

Vanwege biodegradeerbaarheid en oorsprong worden ze gebruikt als afbreekbare botplaten, bioresorbeerbare hechtin- gen en als omhulsel van medicijnen (gelatine, hydroxypropyl- methylcellulose). Ook disposable hygiëne artikelen zijn mogelijk, zoals luiers, wattenstaafjes en ziekenhuiskleding.

Meubelindustrie Als opvulling in meubels.

Bouw

Als isolatie materiaal en meubelpanelen (als houtvervanger).

Linoleum vloerbedekking is al een oude toepassing van biopolymeren waarbij houtmeel als vulstof in een matrix van geperste en uitgeharde lijnolie en pijnhars matrix zijn ingebouwd. De backing is van jute en voor de kleur worden milieuvriendelijke pigmenten gebruikt.

fig. 4.1 disposable bekers

fig. 4.2 verpakkingsmateriaal

fig. 4.3 verpakkingschips

fig. 4.4 wattips

(22)

20 biopolymeren - praktijk

Een ander voorbeeld is een kunststof paneel (bijvoorbeeld Marvel Bioresin, zie www.marvel-display.de/Marvel_Prospekt_

quer_03.pdf).

Landbouw

Afdekfolie (mulchfolie) voor oogstvervroeging of onkruidbe- strijding, die gewoon kan worden ondergeploegd. Andere voorbeelden: (kweek)bloempotten, teelthulpmiddelen en golftees.

Auto-industrie

Agrocomposieten (agrovezels gecombineerd met PLA) worden toegepast in hoedenplanken en deurpanelen. Ook zijn er vloermatten op de markt die gemaakt zijn van PLA.

Textiel

Kledingindustrie. Bijvoorbeeld natuurlijke vezels zoals cellulose, wol, katoen en zijde. Nieuw: polymelkzuur.

Interieur. Bijv. tapijt.

Technische toepassingen in o.a. de automotive, landbouw, weg- en waterbouw. Voorbeelden zijn geotube en geokunststoffen. Geo-kunststoffen zijn meestal vlakke structuren op polymeerbasis die in bouwtechnische toepassingen diverse functies kunnen vervullen: afdichten, beschermen, filtratie, erosiecontrole, enz.

fig. 4.5 Mulchfolie

fig. 4.6 Teelthulpmiddelen

fig. 4.7 Golftees

fig. 4.8 Toepassing in de auto-industrie.

Bron: Biowerktstoff-Report juni/juli 2008 [6]

fig. 4.9 Geotube Dit wordt o.a. toegepast als kern van zandduinen, als dijk of als golfbreker. Geotube systemen worden gemaakt van speciaal ontworpen hoge sterkte weefsel in combinatie met speciale hoge sterkte naaitechnieken. Bron:

www.geotube.com

(23)

biopolymeren - praktijk 21

pagina 73 geeft meer toepassingsvoorbeelden van biopolymeren.

4.2 Nieuwe toepassingen (in ontwikkeling)

Veel producten waarin biopolymeren worden toegepast zijn nog in ontwikkeling. Enkele voorbeelden worden hier gegeven.

Telefonie

Steeds meer fabrikanten van mobiele telefoons proberen delen van mobiele telefoons uit te voeren in biopolymeren.

Zie hiernaast.

Woodshell Bioplastic Computer van Fujitsu (conceptfase) Dit is een prototype van een laptop met cederhouten buiten- kant. Verschillende onderdelen zijn vervaardigd van biologisch afbreekbaar plastic. Dit is niet het eerste milieuproduct van Fujitsu, de behuizing van de laptop Biblo NX95 bestaat voor 30% uit bioplastic.

Bron: Fujitsu maakt bioplastic computerbehuizing.

(15 april 2008). Verkregen via www.automatiseringgids.nl fig. 4.10 Diverse geokunststoffen: waterdichtings-, erosiewerende en

drainagematten. Bron: www.emergo.be

fig. 4.11 Mobieltjes met onderdelen van biopolymeren (Sony Ericsson en Samsung

fig. 4.12 ODO, speelgoed van Sony (in conceptfase)

Ze worden handmatig van stroom voorzien, zijn eenvoudig te gebruiken en ge- maakt van gerecyclede kunststoffen of biopolymeren. De onderdelen worden met elkaar verbonden door stevig elastiek van natuurlijk rubber.

Bron: www.sony.net

fig. 4.13 Woodshell Bioplastic Com- puter van Fujitsu

(24)

22 biopolymeren - praktijk

Bamboo series van Asus (in verkoop, Taiwan)

De behuizing van deze laptop is gemaakt van bamboe. Het gebruik van bamboe, een grassoort, wordt gezien als milieuvriendelijk, omdat het zeer snel groeit. Daarnaast is het goedkoop en kan het goed bewerkt worden.

Bron: www.asus.com

Stofzuiger

De Greenperformer, een stofzuiger van Philips, heeft een kap waarin PLA verwerkt is.

fig. 4.14 ODO, Twirl N’ Take, batterijloze camera van Sony (in conceptfase)

Door het wiel op de ‘Twirl N’

Take’-camera 15 seconden te laten bewegen wordt genoeg stroom gegenereerd om één foto van te ma- ken. Om de foto’s te bekijken moet het apparaat aan een PC gekop- peld worden, omdat een schermpje ontbreekt.

Bron: www.sony.net

fig. 4.15 Bamboo series van Asus (in verkoop, Taiwan)

fig. 4.16 Philips Greenperformer

(25)

biopolymeren - industrie 23

H oof dstuk 5

5. Industrie

5.1 Spelers

Producenten van biopolymeren zijn soms ook fabrikanten die conventionele kunststoffen produceren. Deze staan open voor toepassing van biopolymeren in toekomstige producten en huidige producten (als vervanging).

5.2 Uitdagingen

Er wordt al lang onderzoek gedaan naar biologisch afbreekbare polymeren, maar er bestaat nog te weinig praktijkkennis over functionele- en verwerkingseigenschappen van biopolymeren. De vertaalslag naar concrete producten komt dan ook nog maar moeizaam op gang.

Naast de weg, die er nog te gaan is wat betreft technische aspecten van de materialen, is er ook nog een lange weg te gaan wat betreft de publieke opinie.

De industrie heeft nog vragen om over na te denken:

moeten bio-kunststoffen ingezet worden als marketing- tool?

voor het recyclen van bio-kunststoffen mogen deze niet verontreinigd worden met conventionele kunststoffen en moeten daarom gescheiden ingezameld worden. Kan de consument belast worden met het gescheiden inleveren van conventionele kunststoffen en bio-kunststoffen?

hoe kunnen de productietechnieken verder ontwikkeld worden?

hoe nieuwe toepassingen te bedenken voor bio-kunststoffen?

5.3 Producenten en organisaties

Zie pagina 72 voor meer informatie over producenten en leveranciers.

5.3.1 Bioplastics zijn niet nieuw

In de jaren ’80 maakten chemische fabrieken voor het eerst kunststoffen van ethanol. De Braziliaanse overheid subsi- dieerde een half dozijn kleine ethyleen fabrieken, inclusief sommige die nu bij Braskem, Solvay en Dow horen. Samen produceerden ze 150 miljoen kg per jaar aan ethyleen van ethanol, wat gebruikt werd voor PVC en PE. Braskem produ- ceerde tien jaar lang bio-PVC van ethanol (1981-1991).

(26)

24 biopolymeren - industrie

Toen de olieprijzen daalden, stopten de subsidies en de productie van bioplastic.

Bron: Schut, J.H. (2008). What’s ahead for ‘Green’ plastics. Plas- tics Technology, feb 2008, pp. 65-71, 88-89

5.3.2 Biomassa als grondstof

Suikers, oliën en andere verbindingen in biomassa kunnen direct omgezet worden in standaard chemicaliën of als bijpro- ducten van brandstof producten in overeenkomstige processen als in de petrochemische industrie.

Recent onderzoek heeft diverse chemische bouwstenen ge- identificeerd die geproduceerd zijn uit biomassa via biologische of chemische omzettingen. Voorbeelden van deze standaard chemicaliën zijn ethanol, glycerol, fumaarzuur, xylitol, sorbitol, melkzuur, propaandiol en barnsteenzuur. Deze chemische bouwstenen hebben een hoge transformatie potentie in nieuwe families van bruikbare moleculen. Het gebruik van uit biomassa vervaardigde chemicaliën leidt tot uitgebreide R&D potentie voor de ontwikkeling van een op hernieuwbare grondstof gebaseerde technologische standaard. Verbeterin- gen en innovaties van bestaande biologische en chemische processen van suikers geven de mogelijkheid hoogwaardige chemicaliën en producten te produceren van biomassa en verminderen de afhankelijkheid van petrochemisch-afgeleide producten.

Op pagina 77 wordt het stromingsschema van biomassa als grondstof weergegeven.

Bron: Chemistry Innovation (2008). Renewable chemicals.

Verkregen via www.chemistryinnovation.co.uk 5.3.3 Petrochemische kunststoffen uit

hernieuwbare bron: bio-ethylenen

Renewable Chemicals Corporation (RCC) heeft het Alchemx Ethanol Production Platform opgericht voor het produceren van biohernieuwbare C2-afgeleide chemicaliën, waarbij gebruik gemaakt wordt van ethanol als alternatief voor fossiele grondstoffen. Dit platform geeft RCC de mogelijkheid om gericht chemicaliën te fabriceren tegen concurrerende kosten en met minder milieueffecten dan met methodes gebaseerd op fossiele grondstoffen.

Omdat ethanol de grondstof kan zijn voor diverse primaire plastics die toegepast worden in alledaagse producten, zijn de mogelijkheden voor RCC als leverancier aan belangrijke consumenten en industriële productiebedrijven eindeloos.

(27)

biopolymeren - industrie 25

Op pagina 74 wordt een stromingsschema weergegeven van de grondstof suikerriet ethanol tot diverse primaire plastics.

Bron: The Alchemx Ethanol Production Platform. Verkregen via www.therenewablecorp.com

5.3.4 Welke bioplastics zijn nog te verwachten?

Inmiddels zijn bioplastics weer heel sterk in opmars. Om een idee te geven van welke bioplastics reeds verkrijgbaar zijn en welke nog te verwachten zijn is er een roadmap samenge- steld, zie pagina 78.

Interessante organisaties

Belangenvereniging Composteerbare Producten Neder- land. De BCPN is een belangenvereniging van bedrijven en organisaties die betrokken zijn bij composteerbare producten. De BCPN is er onder andere voor materiaalpro- ducenten, verwerkers, handelsondernemingen, super- marktketens en composteerders, zodat er sprake is van een breed gedragen platform. Meer over BCPN:

www.bcpn.nl

Biopolymeer Applicatie Centrum. Het Biopolymeer Ap- plicatie Centrum BAC is het centrale aanspreekpunt voor iedereen die reeds actief is op het gebied van bioplastics;

of overweegt om deze toe te passen. Meer over BAC:

www.biopolymeer.nl

European Bioplastics. De Europese branchevereniging die fabrikanten, verwerkers en gebruikers van biopolymeren vertegenwoordigd. Voor meer info:

www.european-bioplastics.org 5.4 Beleid

Europees beleid is meer recycling en composteren van materialen (norm voor composteren EN 13432).

Europese regelgeving: de EU heeft bepaald dat de lidstaten meer moeten recyclen en minder verpakkingsmateriaal moeten gebruiken; dit is vastgelegd in de Europese Richtlijn voor verpakkingen en verpakkingsafval.

Met de Europese norm EN 13432 worden de richtlijnen voor biologisch afbreekbare stoffen in Europa vastgelegd. De norm legt bindende standaarden vast, in hoeverre een materiaal als volledig afbreekbaar gezien mag worden. De certificatie wordt op landen-niveau in samenwerking met European

Bioplastics gegeven. ^{fig. 5.1} composteerbaar

norm EN13432

(28)

26 biopolymeren - industrie

European Bioplastics is een branchevereniging van industriële producenten, verwerkende bedrijven en gebruikers van bio- kunststoffen en biologisch afbreekbare materialen.

Heldere informatie over de productkwaliteit vergemakkelijkt voor bedrijven de zoektocht naar een geschikte producent.

Daarom wordt aan bedrijven die aan deze normen voldoen een label toegekend.

Op pagina 30 wordt uitgebreider op de begrippen afbreekbaarheid en composteerbaarheid ingegaan.

(29)

biopolymeren - technologie 27

H oof dstuk 6

6. Technologie

6.1 Productietechnieken

Biopolymeren kunnen op dezelfde manier - en met vergelijkbare productietechnieken - worden verwerkt als conventionele kunststoffen. Afhankelijk van de gestelde eisen aan het (eind) product en de procestechnische verwerking worden materialen gecombineerd en o.a. additieven, vulmiddelen en hulpstoffen toegevoegd. Niet zomaar alles kan toegevoegd worden i.v.m. de composteerbaarheid van het product. Bij voorkeur moeten hernieuwbare additieven gebruikt worden.

Wat betreft composteerbaarheid moet volgens de norm EN 13432 (zie paragraaf 5.4) in ieder geval 90% van het materiaal binnen 90 dagen zijn omgezet in CO² onder de condities van een industriële composteerinstallatie.

Het materiaal (granulaat, batches of compounds) wordt met gangbare technieken verwerkt tot halffabrikaten en eind- producten. Bijvoorbeeld (folie)blaasextrusie tot folies voor verpakkingsmateriaal, thermoplastisch dieptrekken (thermo- vorming) en spuitgieten (zie ook pagina 64, pagina 69 en bron [11]). Hierna wordt een schema gegeven met productvoorbeelden.

fig. 6.1 Snoep/koek trays gemaakt d.m.v. thermovormen

tabel 6.1 productietechniek en toepassing. Bron [19]

Techniek Productvoorbeelden

Thermovormen Snoep/koek trays,

Film/folie Composteerzakken, lamineren van

non-wovens, antistatische films

Spuitgieten Bloempotten, teelthulpmiddelen, golftees, promotie artikelen, bekers

Blaasgieten Flesjes, containers

Extrusie Rietjes

Extrusie coating en gegoten film

Stretchfolie, zakken, mulchfolie, oplosbare waszakken, papier coatings

Schuimen Vleesverpakkingen

(30)

28 biopolymeren - technologie

6.2 soorten biopolymeren

De belangrijkste biopolymeren worden hier besproken.

Hierop wordt dieper ingegaan op pagina 64 en pagina 77. Ook worden er in op deze pagina’s een aantal zeer bekende producenten van de desbetreffende soort biopolymeer gegeven.

Zetmeel

Zetmeel is een polymeer van natuurlijke afkomst met een grote beschikbaarheid en is daardoor laag geprijsd. Zetmeel is een verzamelnaam voor verschillende groepen amylose- polymeren. Zetmeel voor biopolymeren kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van maïs, aardappels, tarwe of suikerbiet.

Producenten, o.a.:

Rodenburg (Nederland), www.biopolymers.nl

Novamont (Italië), www.novamont.com Cellulose

Cellulose is een polymeer, dat voorkomt in de celwand van planten. Het wordt hoofdzakelijk uit bomen gewonnen (50%) en uit planten. Cellulose smelt niet en is niet oplosbaar in gangbare oplosmiddelen. Van cellulose kunnen drie soorten biopolymeren worden gemaakt: natuurlijke cellulosevezel, geregenereerde cellulose, gemodificeerde cellulose.

Producenten, o.a.:

Innovia Films (wereldwijd, o.a. België), www.innoviafilms.

com. Cellofaan/film materiaal voor o.a. verpakkingen en hygiëne artikelen.

Tencel® (Oostenrijk), www.tencel.com. Fibermaterialen voor o.a. kleding, bedlinnen en matrassen.

Polymelkzuur (PLA)

Polymelkzuur (PLA) is momenteel de meest bekende en com- merciële biokunststof. Een verdere ontwikkeling op basis van monomeren van natuurlijke oorsprong is poly-tri-methyleen- tereftalaat (PTT), dat echter nog nauwelijks verkrijgbaar is op de Europese markt.

PLA wordt gemaakt uit melkzuur. Melkzuur is op zijn beurt ontstaan uit de fermentatie van suikers of zetmeel. De suikers komen momenteel nog uit voedingsgewassen als maïs, maar in de toekomst zullen ze uit agrarische reststromen, zoals maïskolfresten en wei kunnen worden gewonnen.

fig. 6.2 Novamont’s Mater Bi wordt o.a. toegepast voor composteerbare en biodegradeerbare shoptassen

fig. 6.3 PLA van NatureWorks wordt o.a. toegepast in verpakkin- gen. Ook fibers zijn mogelijk voor bijvoorbeeld kleding.

(31)

Producenten, o.a.:

Synbra (Nederland), www.synbra.com

NatureWorks (VS), www.natureworksllc.com

Bio-kunststoffen gemaakt door micro organismen (PHA)

Sommige bacteriën, gisten en planten kunnen koolstofbron- nen (suikers) omzetten in polyhydroxyalkanoaten (PHA’s).

De planten en gisten, die PHA’s produceren, moeten volgens moderne biotechnologie gemaakt zijn. Verder zijn de PHA producerende bacteriën ook vaak via moderne biotechnologie gemaakt om de productie te verhogen of de eigenschappen te veranderen.

Producenten, o.a.:

DSM (Nederland) in samenwerking met TGBS (China)

Telles (VS): www.mirelplastics.com PHB

Het biopolymeer PHB heeft vergelijkbare eigenschappen als PP. Het kan op basis van suiker en zetmeel worden geproduceerd. Wereldwijd hebben bedrijven aangekondigd met de productie van PHB te beginnen of uit te breiden. Zo wil o.a. de Zuid-Amerikaanse suikerindustrie de productie van PHB op industriële schaal toepassen.

Producent: Biomer (Duitsland), www.biomer.de.

fig. 6.4 Mirel Bioplastics van Telles vindt niet alleen in composteerzak- ken, verpakkingen en teelthulpmid- delen zijn weg, maar ook in applica- ties die veelal gemaakt worden van PP, ABS of PC.

(32)

6.3 Eigenschappen vergelijking

Hierna worden enkele eigenschappen vergeleken tussen bio- kunststoffen onderling en in vergelijking met conventionele kunststoffen. In pagina 75 worden meer eigenschappen vergeleken: waterdampdoorlaatbaarheid, smelttemperatuur en glastransitie temperatuur. Op pagina 69worden van een aantal biopolymeren de belangrijkste eigenschappen gegeven.

E-modulus

Grondstof vs. afbreekbaarheid fig. 6.5 Bron: Weber, C,J. (2000).

Biobased Packaging Materials for the food industry. Status and per- spectives. [17]

fig. 6.6 Bron: Apelt, S. (2007).

Presentatie Biokunststoffe – Eine echte Alternative. Fraunhofer Institut Chemische Technologie. [15]

www.nemat-sh.de

(33)

Composteerproces

Eigenschappen verbeteren met additieven

Er zijn vele additieven op de markt die toegevoegd kunnen worden voor verbetering van de eigenschappen. Zo is er bijvoorbeeld de gepatenteerde Trigonox® 301 van AkzoNobel.

Deze stof verbetert de afschuif viscositeit en de smeltsterkte.

Biopolymeren database – www.materialdatacenter.com De huidige informatie over biopolymeren van verschillende leveranciers is lastig te vergelijken omdat de gegevens veelal gebaseerd zijn op verschillende teststandaarden. Daardoor is het voor verwerkers steeds moeilijker om het goede materiaal te vinden bij een bepaalde applicatie of het onderscheid te maken tussen twee verschillende soorten.

Het doel van de Biopolymeren database is alle commercieel verkrijgbare biopolymeren te testen onder gelijke omstandigheden op de University of Applied Science and Arts. De eerste resultaten hiervan zijn sinds november 2009 beschikbaar in de database. Naast de testresultaten zijn ook de datasheets van de fabrikanten te downloaden. De database is vrij toe- gankelijk in Duits en Engels. [20]

fig. 6.7 Bron: Weber, C,J. (2000).

Biobased Packaging Materials for the food industry. Status and perspecti- ves. [17]

(34)

6.4 Ontwikkelingsproces

Er zijn diverse websites met een schat aan informatie over duurzaam design:

Toolbox for sustainable design education. Presentaties en ander documentatiemateriaal over duurzaam ontwerpen:

methodes, tools en cases.

www.lboro.ac.uk/research/susdesign/LTSN/introduction/

Introduction.htm

Sustainable Design Network. Interessante links, tools en publicaties op het gebied van duurzaamheid. Deze website omvat een breed gebied: algemeen ecodesign, consumptie, constructie, design, elektronica, verpakkingen en marketing.

www.sustainabledesignnet.org.uk

Information / Inspiration Ecodesign resource. Een bron voor ontwerpers die meer milieuvriendelijke en maat- schappelijk verantwoorde producten willen ontwerpen.

Deze website geeft bruikbare informatie en inspirerende voorbeelden over ecodesign.

www.informationinspiration.org.uk 6.5 Verwijderingproces

Voor bio-kunststoffen en petrochemische kunststoffen zijn er verschillende mogelijkheden voor het verwijderingsproces, de één milieuvriendelijker dan de ander. Zie het schema hierna (vergroot weergegeven op pagina 82).

Op pagina 13 werd de Ladder van Lansink genoemd als belangrijke factor bij de keuze voor de manier van verwijdering. Preventie is uiteraard het beste, daarna gevolgd door hergebruik, recycleren en composteren. Storten is inmiddels door Europese wetgeving verboden.

fig. 6.8 Bron: HGCA (2009). Indus- trial uses for crops: Bioplastics. [16]

(35)

biopolymeren - bronvermelding 33

H oof dstuk 1

7. Bronvermelding

1. Tielbeek, B. (2008). Milieubewust Verpakken. Enschede:

Saxion Kenniscentrum Design & Technologie.

Dit boekje is te downloaden via:

saxion.nl/designentechnologie/downloads

2. Hoppenbrouwers, M. (2008). De beleving van biopolymeren. Product, januari (2008), pp. 4-5.

3. Biopolymeer Applicatie Centrum BAC:

www.biopolymeer.nl

4. Carus, M., Gahle, C., Gerlach, F. (2008). Biowerkstoff-Report juni/juli 2008. Hürth (DL): Nova Institut.

5. Lörcks, J. (2005). Biokunststoffe, Pflanzen, rohstoffe, produkte. Gülzow (DL): Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)

6. Biowerktstoff-Report juni/juli 2008. Verkregen op 17 december 2008 via www.nachwachsende-rohstoffe.info 7. Bioplastic. Verkregen op 5 januari 2009 via

en.wikipedia.org/wiki/bioplastic

8. Bioplastics Christiaan Bolck (redactie) 2006 © Agrotech- nology & Food Sciences Group, Wageningen LUW. ISBN 90-8585-014-2 Druk: Propress, Wageningen. Internet:

www.afsg.wur.nl en www.groenegrondstoffen.nl 9. Tim! Green Gifts. www.timgreengifts.nl/

Voor promotieartikelen van bioplastics.

10. de.wikipedia.org/wiki/Biokunststoff.

11. Productie van biopolymeren in Europa. (april 2006).

Kunststof en Rubber, nr. 4 pp. 28-31.

12. Chemistry Innovation (2008). Renewable chemicals. Ver- kregen via www.chemistryinnovation.co.uk

13. The Alchemx Ethanol Production Platform. Verkregen via www.therenewablecorp.com

14. Schut, J.H. (2008). What’s ahead for ‘Green’ plastics. Plastics Technology, feb 2008, pp. 65-71, 88-89

15. Apelt, S. (2007). Presentatie Biokunststoffe – Eine echte Alternative. Fraunhofer Institut Chemische Technologie.

Verkregen via www.nemat-sh.de/biokunstoffeApelt.pdf 16. HGCA (2009). Industrial uses for crops: Bioplastics. Verkre-

gen via www.appg-agscience.org.uk/linkedfiles/HGCABio- plastics_web28409.pdf

(36)

34 biopolymeren - bronvermelding

17. Weber, C,J. (2000). Biobased Packaging Materials for the food industry. Status and perspectives. Verkregen via www.biomatnet.org/publications/f4046fin.pdf

18. Bijleveld, M.N., Sevenster, M.N. (2010). De milieu-impact van de Belgische tapijtketen. CE Delft.

19. Schut, J.H. Extruding Biopolymers: Packaging reaps cost benefit of going ‘green’. Verkregen via www.ptonline.com/

articles/200702fa1.html

20. Biowerktstoff-Report, april 2010. Verkregen op 23 april 2010 via www.nachwachsende-rohstoffe.info

21. Shen, L., Haufe, J., Patel, M.K. (2009). Product Overview and market projection of emerging bio-based plastics.

Utrecht: Universiteit Utrecht.Te verkrijgen via

www.chem.uu.nl/nws/www/publica/Publicaties%202009/

PROBIP2009%20Final%20June%202009.pdf

(37)

H oof dstuk

biopolymeren - implementeren van bio-kunststoffen 35

8 8. Implementeren van biogebaseerde

kunststoffen in huishoudelijke apparatuur

case: Philips Drachten, Consumer Lifestyle auteur: Thijs Mellema

8.1 Duurzaamheid en verantwoordelijkheden In December 2009 zijn de onderhandelingen begonnen over het meest omvangrijke verdrag dat de wereld ooit heeft gekend: de klimaattop in Kopenhagen 2009. De globale op- warming die enkele jaren geleden door velen als een nieuwe hype werd gezien wordt nu als een serieus wereldprobleem beschouwd. Er is een wereldwijd besef ontstaan dat het gebruik van niet hernieuwbare (fossiele) bronnen verregaande consequenties met zich mee brengt. 192 landen zijn vertegenwoordigd om te onderhandelen over o.a. vermindering van broeikasgassen, ontbossing en financiële steun voor landen die nu al te kampen hebben met de gevolgen van klimaatverandering.

Ook het bewustzijn van consumenten heeft een omslag doorgemaakt(1). Wat begon met energielabels voor energie- zuinige wasmachines wordt nu gemeengoed in ons dagelijks leven. Veel consumenten nemen geen genoegen meer met energieverslindende apparatuur, hout zonder FSC keurmerk, vlees uit de bio-industrie of een brandstofslurpende auto.

Veel wensen van deze consumenten hebben een financieel belang, zoals besparen op brandstof. Toch zijn consumenten zich ook bewust van een misschien wel veel belangrijker en onbetaalbaar gevolg: een veranderend klimaat. Bedrij- ven in binnen- en buitenland zijn zich ook bewust van deze verschuiving in consumentenbehoefte. Maar ook de macht van milieuorganisaties, subsidies op groenere alternatieven, belastingvoordelen en een algemeen verantwoordelijk- heidsgevoel binnen het bedrijf spelen een belangrijke rol in besluitvorming(2). Vrijwel elke fabrikant die zichzelf serieus neemt in deze samenleving en zich op de toekomst richt, zal op zijn minst groene alternatieven overwegen. Naast (energie)verbruik, minimaliseren van verpakkingsmateriaal en eventuele andere maatregelen kan er ook gekeken worden naar materiaalgebruik.

In het hiernavolgende zal de introductie van een nieuw materiaal, bioplastics, binnen Philips beschreven worden.

(38)

36 biopolymeren - implementeren van bio-kunststoffen

8.2 Trends

Aan het besluit van Philips om een onderzoek te doen naar een mogelijke implementatie van potentieel duurzamere materialen zoals bioplastics, liggen een aantal redenen ten grondslag. Zoals eerder genoemd, zijn er een aantal trends die van invloed kunnen zijn op besluitvoering.

Consumentenbewustzijn

De directe invloed van consumeergedrag wordt op vele manieren aan ons duidelijke gemaakt. Mede dankzij films als ‘An inconvenient truth’, ‘the age of stupid’, andere documentaires, seminars, internet en andere media, is er een groeiend consumentenbewustzijn.

CO² neutraliteit/Compensatie

Aangezien de gevolgen van een te hoge CO² uitstoot duide- lijker worden, worden er manieren onderzocht deze terug te dringen. Na de bekende kilometerheffing zijn er tal van andere voorstellen gedaan in binnen- en buitenland: CO² heffing op transportsector, landbouwsector en energiesector. Eventu- ele toekomstige CO² heffingen voor welke sector dan ook, zijn niet ondenkbaar.

Peak Oil

Peak Oil, ook wel Hubberts peak(3), is het moment waarop een piek wordt bereikt in de wereldwijde olieproductie. Het is niet meer de vraag of dit moment bereikt wordt maar wanneer. Dit zal waarschijnlijk tussen 2004 en 2015 plaatsvinden.

Wanneer de olieproductie daadwerkelijk zal gaan dalen, fig. 8.1 Hubberts Peak

(39)

kan dit een flinke prijsstijging met zich meebrengen. In een dergelijk geval is het verstandig om alternatieve materialen te hebben geïnventariseerd.

Geopolitieke ontwikkelingen

Naast een feitelijke hoeveelheid grondstoffen en reserves die prijsstijgingen met zich meebrengen, hebben andere ontwikkelingen(bijvoorbeeld in het Midden-Oosten) wellicht een nog groter effect. Voor een groot deel zijn onze westerse grondstofprijzen afhankelijk van ontwikkelingen in instabiele regio’s(Irak, Iran, Oekraïne). Elk bedrijf wil risico’s met betrek- king tot grondstofvoorzieningen en grondstofprijzen zoveel mogelijk verkleinen.

Regelgeving en belasting

Het opzetten van een goed afvalverwerkingsysteem kost veel geld. Naast de verwijderingsbijdrage die de consument betaalt, moet Philips enkele miljoenen aan heffingen/belastingen betalen om de inzameling en verwerking van oude apparaten te bekostigen. Afhankelijk van de gebruikte materialen is er een verschillende heffing.

Enkele supermarkten die zijn overgegaan op biodegradeerbare kunststoffen voor groente en fruit verpakkingen, onder- vinden al kostenbesparingen. Dit omdat biodegradeerbare kunststoffen niet gescheiden hoeven te worden wanneer het product over datum is en weg gegooid moet worden. Naast belastingen zijn er subsidies beschikbaar voor groene initiatieven binnen het MKB.(4)

Energiebesparende productie

Productie energie is voor een groot deel afhankelijk van de gebruikte materialen. Mochten bij bioplastics bijvoorbeeld de spuitgiettemperaturen flink naar beneden kunnen, zal dit een aanzienlijke kostenbesparing opleveren.

Functionaliteit

Elk materiaal heeft zo zijn eigen eigenschappen. In enkele gevallen kan dit voordelig uitwerken. Afgezien van eventuele milieubelastende voordelen zijn er nog een aantal zoals:

Degradeerbaarheid: sommige bioplastics hebben onder be- paalde omstandigheden de mogelijkheid om te degraderen.

Sommige bioplastics hebben dan ook een compostcertifice- ring, wat betekend dat deze in de groene container gegooid mogen worden.

Barrière eigenschappen(5): Over het algemeen geldt voor vershoud producten (kaas, groente, fruit) dat deze veel langer

(40)

38 biopolymeren - implementeren van bio-kunststoffen houdbaar zijn in bepaalde bioplastics vanwege gunstige barrière eigenschappen van het materiaal. Ook kunnen deze barrière eigenschappen gunstig uitwerken op ademende sportkleding.

8.3 Philips aanpak: Ecovision

Philips kent sinds vele jaren een eigen actieprogramma waarmee het probeert bewuster om te gaan met het milieu(6).

Naast algemene progamma’s die zich ondermeer richten op gezondheidszorg (Philips Medical), efficiënter energiegebruik (Philips Lighting) en sociale projecten, worden voor Philips CL (Consumer Lifestyle) belangrijke richtlijnen vastgesteld in Ecovision. Inmiddels (de periode van 2007 t/m 2012) wordt gewerkt met Ecovision 4. In elke periode, die vervolgens weer wordt ingedeeld in jaren, worden de voorwaarden en richtlijnen op diverse terreinen flink aangescherpt. De aandachts- punten worden in vijf categorieën onderverdeeld: energie efficiëntie, verpakkingen, giftige stoffen, gewicht en recycling en wegwerpen. De richtlijnen worden in controleerbare, meetbare waarden vastgesteld.

Ecovision 4 vormt een belangrijk onderdeel bij iedere opzet en besluitvorming van een nieuw project. Wat betreft materiaalgebruik word gekeken naar de categorie ‘Recycling and Disposal’ waarbij wordt vermeld dat aan het einde van 2010 sowieso 1 pilot project per business unit actief moet zijn waarbij gekeken wordt naar het toepassen van recyclede materialen of materialen van hernieuwbare bron(bioplastics).

fig. 8.2 Ecovision 4

(41)

8.3.1 Levenscyclus analyse

Om te bepalen of een product, dienst of proces milieubelastend of milieuvriendelijk (lees: minder milieubelastend) is, is het misleidend om uit te gaan van een gevoel of idee bij een product, dienst of proces. Er zijn tal van voorbeelden te noemen waarbij het woord ‘groen’ absoluut onterecht is gebruikt, en dus een verkeerde indruk wekt. Woorden als bio en groen zijn niet per definitie minder milieubelastend. Zo wordt er groene energie verkocht, terwijl het opwekken ervan milieubelastende is dan bijvoorbeeld olie of kolen gestookte energie (7), bijvoorbeeld wanneer de biomassa die nodig is voor de opwekking ervan van de andere kant van de wereld moet komen. Ook zijn er bioplastics op de markt waarvan het oogsten en de processing ervan vele malen meer energie heeft gekost dan zijn fossiele olie gebaseerde tegenhanger.

Lifecycle assesment of Levenscyclus analyse (LCA) is een methode waarmee de milieubelasting van een product kan worden berekend gedurende de hele levenscyclus. Dat wil zeggen vanaf de grondstofwinning, de productie, het gebruik tot aan de afvalverwerking van het product en alle bijko- mende processen/stappen. Om de meest gunstige keuze te maken is een analyse zoals deze onvermijdelijk. Een milieuvriendelijke of groene claim wordt volgens velen niet alleen legitiem ervaren als er een degelijke LCA is uitgevoerd.

Een LCA opstellen voor een product is een erg lastige en tijdrovende klus. Vele facetten moeten hierin worden meegenomen. Bij nieuwe materialen kan dit voor grote problemen zorgen omdat veel gegevens vaak nog ontbreken. Vaak is het lastig om een voorspelling te doen over milieubelasting bij oogsten, verwerken en transporten.

fig. 8.3 LCA van huishoudelijk apparaat. Groen is terugwin energie

(42)

40 biopolymeren - implementeren van bio-kunststoffen Wanneer men gaat kijken naar hoe een (versimpelde) LCA op gebied van energie eruit kan komen te zien voor een huishoudelijk apparaat, zou fig. 8.3 een mogelijke uitkomst kunnen zijn.

8.3.2 Materiaalgebruik

Elk commercieel product zoals bij Philips, zal een onvermijde- lijke milieubelasting met zich meebrengen. Wanneer we ons op materiaalgebruik gaan richten zien we dat het erg lastig om alternatieven te vinden om de totale LCA score van het product te doen dalen. Immers, voor veel materialen die gebruikt worden in de producten zijn weinig alternatieven voor handen, zoals wanneer bijvoorbeeld materialen worden toegepast in elektronica of metalen voor warmte elementen. We zullen dus slechts een gedeelte van deze categorie kunnen verbeteren. Het is goed om het gebruik van bijvoorbeeld bioplastics in apparaten in perspectief te zien. We kijken immers naar een categorie waar sowieso al weinig winst valt te behalen (vergeleken met energiegebruik) en vervolgens slechts een gedeelte van het materiaal gaan vervangen dat potentieel minder belastend is. Zoals we in voorgaande fig. 8.3 kunnen zien vormt energiegebruik de grootste belasting voor het milieu. Hoewel hier dan waarschijnlijk ook de meeste winst in valt te behalen, is het verstandig om het maximaal haalbare te halen uit iedere categorie, ook wel suboptimalisatie.

fig. 8.4 CO² (+solar energy) 

Bioplastic (+processing energy)

CO² (+Bio-Energy)

(43)

Zoals we in de laatste categorie kunnen zien valt er ook een

‘winst’ te halen uit de verwerking. Bijvoorbeeld door energie opwekking bij verbranding. Het mooie van energieopwekking door verbranding van biogebaseerde kunststoffen, is de groene energie die het oplevert. De totale uitstoot van deze energieopwekking is net zoveel als de biomassa(het materiaal) heeft opgenomen. Simpel gezegd zou de netto belasting dan zijn: grondstofbelasting (biomassa) + processingbelasting (verwerking tot materiaal) - terugwinenergie.

En dan zou in een ideaal geval alleen de processingbelasting overblijven, wanneer we naar materiaalgebruik kijken.

8.4 Bioplastics

Sinds tientallen jaren is de mens in staat om aardolie om te zetten in polymeren die aan onze wensen voldoen. De polymeren die we in de natuur kunnen vinden worden vaak als inferieur gezien omdat ze moeilijk zijn om te zetten in polymeren die aan onze wensen voldoen. Maar als we kijken naar de functies van deze polymeren, zouden we ze ook perfect kunnen noemen. Wanneer we bijvoorbeeld de zeer complexe structuur bij spinnenwebben, insectenskeletten of celwanden bestuderen worden de resultaten van miljarden jaren evolutie duidelijk zichtbaar(8).

Eeuwen lang zijn de polymeren die we in de natuur kunnen vinden direct toegepast voor menselijke doelen. Wol, leer, cellulose voor papier, maar ook rubber om banden van te maken zijn enkele voorbeelden.

In de jaren 80 en 90 werden de afvalproblemen veroorzaakt door excessief gebruik van fossiele kunststoffen zichtbaar en probeert men op (kleine) schaal het gebruik van bioplastics weer op te voeren om dit probleem tegen te gaan. Maar mede door de beter georganiseerde afvalverwerking viel deze ontwikkeling later grotendeels stil. Pas sinds enkele jaren kwam er naast het afvalprobleem nog een reden bij, namelijk de eerdergenoemde klimaatverandering. Opnieuw werd er geprobeerd om het gebruik van bioplastics te verbre- den. Soms met een goed resultaat zoals bijvoorbeeld de op zetmeelgebaseerde wegwerpzak of conserverende verpakkingen. Voor veel andere producten bleek het echter nog lastig omdat de eigenschappen van de op (verder ontwik- kelde) aardolie gebaseerde tegenhanger maar moeilijk zijn te evenaren.

(44)

42 biopolymeren - implementeren van bio-kunststoffen

In plaats van het oorspronkelijke biopolymeer in tact te laten om het vervolgens in matrijzen te spuitgieten, is het theoretisch ook mogelijk het biopolymeer af te breken in bouwblok- ken waarmee we onder andere onze traditionele aardoliepo- lymeren kunnen maken. Door biomassa te vergassen is het mogelijk syngas te creëren, waaruit men vervolgens traditionele kunststoffen zou kunnen maken. Omdat we hiermee de (mooie) complexe biopolymeren eerst afbreken en vervolgens de traditionele kunststoffen weer opbouwen heeft dit een energetisch laag rendement.

In plaats hiervan zouden we ons beter kunnen richten op de specifieke voordelen van het oorspronkelijke biopolymeer wanneer we deze gebruiken.

8.5 Algemene Informatie

Er zijn vele definities van bioplastics. Deze verschillen van bedrijf tot bedrijf maar ook per land. Als definitie van bioplastic wordt in dit document aangenomen: ‘minimaal 30% van het materiaal is biogebaseerd’. Andere definities nemen ook het biodegradeerbare aspect mee. Hoewel biodegradeerbare kunststoffen bijna altijd voor een groot deel biogebaseerd zijn, kunnen deze ook op aardolie zijn gebaseerd. Omdat deze zogenaamde oxo-degradeerbare (degradeerbare aardoliege- baseerde) polymeren op geen enkel punt milieu vriendelijker zijn (9), beschouwt de Europese brancheorganisatie -

- European-Bioplastics - deze niet als bioplastics.

8.6 Degradeerbaar versus duurzaam Biodegradeerbare kunststoffen.

Biodegradeerbare kunststoffen vinden hun oorsprong in de verpakkingssector. Ongeveer twintig jaar geleden werd het afvalprobleem als een van de meest belangrijkste milieu problemen gezien. Degradeerbare kunststoffen zouden een uitkomst kunnen bieden voor dit probleem.

In een aantal gevallen is dit inderdaad het geval. In de tuinbouwsector hoeven plantenresten en folie en klemmen niet gescheiden te worden wanneer deze biogebaseerd en bio- degradeerbaar zijn. Ook plastic zakjes die soms in de natuur belanden kunnen na verloop van tijd degraderen.

Ook in de medische sector worden biodegradeerbare kunststoffen gebruikt (bijvoorbeeld hechtdraad).

Er zijn echter ook keerzijden.

(45)

Wanneer we naar de ladder van Lansink kijken(10), fig. 8.5, een standaard op het gebied van afval beheer, kunnen we zien dat er voorkeuren zijn te stellen aan de manier van afval verwerken.

Een aantal van deze aspecten zijn moeilijk uit te voeren met kunststoffen die na verloop van tijd degraderen, zoals hergebruik, recycling. Een ander nadelig aspect van storten of composteren zonder energiewinning, is het vrijkomen van broeikasgassen bij het degraderen. Theoretisch komen er bij degradatie (rotting) net zoveel broeikasgassen vrij als bij verbranding. Bij storten of composteren komt ook nog methaan vrij: een gas dat het broeikaseffect twintig keer meer stimuleert dan CO².

Duurzame biogebaseerde kunststoffen.

Meer recente redenen om biogebaseerde kunststoffen te gebruiken zijn onder andere de klimaatcrisis, oliecrisis, de olieprijs en het Cradle to Cradle principe. Biogebaseerde kunststoffen kunnen een oplossing bieden voor deze problemen.

Bij deze kunststoffen zijn hergebruik maar ook recycling en verbranding met energieterugwinning meer voor de hand lig- gend. Automotive en elektronica producenten zijn op dit moment de grootste gebruikers van biogebaseerde kunststoffen.

Zo zijn er deurpanelen, vloermatten, laptops en mobieltjes gemaakt van biogebaseerde kunststoffen. In bijna alle gevallen kunnen thermoplastische polymeren gerecycled worden.

Zo zullen biogebaseerde polymeren dus net als traditionele polymeren gerecycled kunnen worden. Net als bij traditionele polymeren is echter een goede scheiding van belang.

fig. 8.5 Ladder van Lansink