Verpakkingsmaterialen op basis van CO2
Onderzoeksproject PROMIPOL
Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn: verpakkingen op basis van CO2, waarbij het materiaal niet alleen gemaakt is van CO2 maar ook biogebaseerd en zonodig composteerbaar is. Het Belgische onderzoekproject PROMIPOL maakt dit kunststukje waar.
PROMIPOL is een interdisciplinair onderzoeksproject dat duurzame nieuwe biopolymeren ontwikkelt uit microbiële proteïnen. Chemische bouwstenen afgeleid van CO2, zoals ethanol en methanol, worden door micro-organismen omgezet in eiwitten en eventueel ook polyhydroxyalkanoaten (PHA). Beide polymeren kunnen verder verwerkt worden tot bioplastics die in aanmerking komen voor diverse toepassingen, waaronder voedselverpakkingen.
Tweede fase
Het onderzoeksproject startte in 2022 met financiering van het Vlaams Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) en is nu klaar voor een tweede fase. Daarin zullen ook geïnteresseerde bedrijven betrokken worden en wordt voortgebouwd op een roadmap, specifiek opgesteld binnen dit project door Pack4Food. Deze moet een spoorboekje gaan vormen voor verdere ontwikkeling en – niet minder belangrijk – toepassing van microbiële proteïnen en PHA’s voor voedselverpakkingen en andere toepassingen.
“Want alleen onderzoek doen om het onderzoek, daar worden onderzoekers ook niet blij van”, aldus professor Korneel Rabaey van UGent die als hoogleraar biotechnologie aan de oorsprong staat van het project. Wij spreken hem erover en bij het interview zijn ook aangeschoven: prof. Joost Brancart van de Vrije Universiteit Brussel vakgroep Sustainable Materials Engineering, dr. Heleen De Wever (projectmanager Biotechnologie VITO) en prof. Peter Ragaert (directeur Pack4Food), die de verbindende schakel is tussen alle partijen. Niet bij het interview maar wel in de projectgroep zitten prof. Jan Dries en prof. Siegfried Vlaeminck (UAntwerpen) en prof. Steven De Meester en prof. Bruno De Meulenaer (UGent), prof. Roos Peeters (UHasselt) en prof. Kim Ragaert (UMaastricht).
Wetenschappelijk onderzoek
“Ons doel is het ontwikkelen en maken van biopolymeren uit microbiële cellen”, vervolgt Rabaey. “De verschillende stappen zijn: cellen kweken op methanol of ethanol, tussenproducten die bekomen worden uit CO2, vervolgens de eiwitten uit de cellen halen, daar plastics van maken en die karakteriseren.”
Sommige micro-organismen kunnen naast eiwitten/proteïnen onder bepaalde omstandigheden ook PHA (polyesters) maken. In een tweede stap produceerde VITO daarom microbiële cellen met verschillende verhoudingen en samenstellingen van eiwitten/proteïnen en polyesters. UGent en UAntwerpen deden vergelijkbaar experimenteel werk met andere micro-organismen. VITO en UGent deden vervolgens een eerste ruwe scheiding van de biomassa om eiwitrijke en PHA-aangerijkte fracties te bekomen.
Die materialen uit de bioraffinaderij kwamen vervolgens bij de vakgroep van Joost Brancart in Brussel terecht om te bepalen in welke verhouding ze geschikt waren als plastics voor verpakkingen. “Er worden nu ook al PHA’s en eiwitten gebruikt als verpakkingsmateriaal”, aldus Brancart, “maar daarbij gaat het om zeer zuivere samenstellingen. Wij wilden onderzoeken of je ook met een beperkte scheiding zou kunnen komen tot een geschikt verpakkingsmateriaal. We hebben verschillende samenstellingen getest of zij geschikt zouden kunnen zijn als verpakkingsmateriaal. We hebben daarom gekeken of we het aantal scheidingen dat belastend is voor het milieu zoveel mogelijk te beperken."
Joost Brancart vervolgt: "Wij proberen dus – in tegenstelling tot andere onderzoeken waarin de verschillende materialen zo zuiver mogelijk worden gescheiden – de hele biomassa te evalueren of deze geschikt is voor met name voedingsmiddelenverpakkingen. Het polymeer moet daarbij zorgen voor de geschikte materiaaleigenschappen, bijvoorbeeld de proteïne voor de barrière-eigenschappen. Deze laatste worden bepaald aan UHasselt. Daarnaast dient het materiaal ook conform de voedselcontactwetgeving te zijn, wat dan weer wordt onderzocht aan UGent.”
Interesse bedrijven
“Biogebaseerde verpakkingsmaterialen zijn altijd al een heel belangrijk topic geweest voor Pack4Food”, vult Peter Ragaert aan. “Verschillende van onze ledenbedrijven hebben daar grote belangstelling voor en ik geloof zelf ook heel sterk in het potentieel van die materialen. Tijdens een stakeholdersevenement in maart bleek dat een aantal bedrijven geïnteresseerd was in de technologie en in een vervolgtraject. Het gebruik van biogebaseerd materiaal zal in de toekomst belangrijker worden, waarbij kan verwacht worden dat op een gegeven moment de eis via wetgeving zal komen om bijvoorbeeld verpakkingen voor een x-percentage uit biogebaseerde inhoud te maken. En als dat materiaal dan nog eens uit neven- of afvalstromen wordt geproduceerd en ook nog functioneel is met barrière-eigenschappen voor voedselverpakkingen, dan is dat een heel mooi verhaal. Wij zijn ook altijd op zoek naar projecten waar de hele waardeketen in is vertegenwoordigd.”
Zowel flexibel als rigide
Er kunnen met behulp van micro-organismen en CO2 heel veel verschillende soorten materialen worden gemaakt, vertelt Rabaey. “Zowel biodegradeerbare als, mits een chemische modificatie ook, herbruikbare en meer rigide plastics. Daarbij heb je ook nog eens een keer een nuttige toepassing voor CO2 in plaats van die in velden onder de aarde te moeten gaan opslaan of te injecteren.”
Daarbij zijn zeker nog een aantal vervolgstappen nodig, vult Ragaert aan. “Zo blijkt uit onderzoek van de Universiteit van Maastricht dat de productie van rigide materiaal nog niet zo eenvoudig is en dat er ook nog wel een aantal stappen moeten worden gezet om tot een flexibele folie te komen. Maar het is een hoopgevende techniek, zeker omdat het bedrijfsleven heeft aangegeven interesse te hebben.”
Rabaey opnieuw: “De knelpunten moeten worden onderzocht. En tegelijkertijd moet de productie worden opgevoerd, zodat bedrijven ermee kunnen testen.”
Roadmap richting 2030
Ragaert tot slot: “We zijn ook bezig met het uitwerken van een Roadmap voor PROMIPOL richting 2030, zoals we dat ook gedaan hebben voor voedselverpakkingen; met een valorisatiedeel met mogelijke eindtoepassingen en een wetenschappelijk deel over welke onderzoeksvragen nog beantwoord moeten worden. Die moet dit jaar nog af zijn. Tegelijkertijd is in september een aanvraag gedaan voor financiering van het vervolgonderzoek.”
