Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen op biobasis of op fossiele brandstoffen zijn gebaseerd. Er zijn de afgelopen jaren nieuwe soorten plastic geproduceerd om het probleem van plasticvervuiling aan te pakken, door te proberen de tijd te verkorten die nodig is om ze af te breken, vooral in natuurlijke omstandigheden. Niet alle huidige biologisch afbreekbare kunststoffen hebben dit doel echter bereikt.
Definitie van biologisch afbreekbare kunststoffen
Biologisch afbreekbare kunststoffen zijn kunststoffen die door microbiële actie kunnen worden afgebroken om binnen een redelijke tijd natuurlijke eindproducten te produceren, zoals water en koolstofdioxide. De tijd die nodig is om te ontleden is volledig afhankelijk van het materiaal, de omgevingsomstandigheden zoals temperatuur en vocht, en de locatie van de ontbinding volgens het Biodegradable Products Institute (BPI pag. 2).
Composteerbare kunststoffen zijn kunststoffen die snel biologisch worden afgebroken en veranderen in humus die niet is verontreinigd met metalen. Niet alle biologisch afbreekbare kunststoffen zijn composteerbaar; slechts enkele zijn dat.
Materialen moeten voldoen aan de ASTM-specificaties D6400 of D6868 om op het land biologisch afbreekbaar en composteerbaar te worden genoemd, en moeten voldoen aan de ASTM D7081-specificaties voor mariene omgevingen. ASTM is een wereldwijde productstandaardgroep.
Biogebaseerde polysterkunststoffen die biologisch afbreekbaar zijn
Kunststoffen die afkomstig zijn van planten worden biobased plastics genoemd. Deze zijn niet allemaal biologisch afbreekbaar; Er zijn bijvoorbeeld biobased PET-flessen die duurzaam zijn gemaakt. De biobased kunststoffen die biologisch afbreekbaar zijn, zijn gemaakt van twee materialen: biomassa en polysters afkomstig van planten. Er zijn twee soorten biobased polysters: polylactidezuur (PLA) en polyhydroxyalkanoaat (PHA).
Polyhydroxyalkanoaat (PHA)
PHA wordt op natuurlijke wijze geproduceerd door bacteriën en planten van genetisch gemodificeerde organismen (GMO), maar er zijn plannen om de productie uit voedselafval te proberen. Polyhydroxybutyraat of PHB is ook een soort PHA die veel wordt gebruikt. PHA's zijn duur om te maken, omdat er slechts beperkte hoeveelheden uit bacteriën kunnen worden geproduceerd.
- Gebruik:PHA's worden gebruikt als voedselverpakkingen, kopjes, borden, coating voor papier en karton, en 'vele medische toepassingen, waaronder hechtingen, gaasjes en coatings voor medicijnen' volgens een rapport van het Centre for Industry and Education Collaboration (CIEC-rapport). Het kan de meeste van de belangrijkste plasticsoorten op basis van fossiele brandstoffen vervangen die momenteel worden gebruikt, zoals PE, PS, PVC en PET, aldus Bio Based Press.
- PHA-gemengde zetmeel/cellulosekunststoffen: Sommige plastic artikelen zijn volledig gemaakt van PHA, zoals in het geval van waterflessen merkt Bio Based Press op. Omdat de productie van PHA echter duur is, wordt het ook gemengd met zetmeel en cellulose om het economischer te maken. Dit heeft als bijkomend voordeel dat het de ontbindingssnelheid verbetert volgens het Dartmouth Undergraduate Journal of Science (DUJS).
- Biodegradatie: Het kan volledig composteerbaar zijn in omgevingen die rijk zijn aan microben en schimmels, vooral in de bodem. Deze microben breken de PHA af met behulp van enzymen. De tijd die nodig is om af te breken, hangt af van de concentratie van microben in de omgeving.
- Het duurt twee maanden voordat PHA in achtertuinen is afgebroken, volgens Bio Based Press.
- De afbraaksnelheid is veel langzamer in zeewater, waar minder dan 50% na zes maanden is afgebroken, voegt CalRecycle toe (pag. 6). PHA slaagde voor de ASTM D7081-test en vertoonde een ontleding van 30% in zes maanden (pag. 7).
Polylactidezuur (PLA)
De DUJS legt uit dat PLA een thermoplastisch materiaal is dat wordt gemaakt door fermentatie door bacteriën. PLA is eigenlijk een lange keten van veel melkzuurmoleculen. Omdat er veel goedkope manieren zijn om melkzuur te produceren, hoeven deze alleen maar te worden gepolymeriseerd of samengevoegd. Daarom is PLA goedkoper dan PHA. PLA is echter bros en de toepassing ervan is beperkter dan PHA. Fabrikanten omzeilen dit probleem door additieven of polymeren toe te voegen.
- Gebruik: Er worden boodschappentassen, voedselverpakkingen, flessen, kopjes en borden van gemaakt. Omdat het goed ontleedt in de aanwezigheid van zuren, wordt het gebruikt in sommige medische toepassingen, zoals medische hechtingen en platen, waar het na 90 dagen oplost, aldus het CIEC-rapport. Het wordt ook gebruikt bij het 3D-printen van objecten.
- PLA en polymeermengsels: PHA kan ook worden gemengd met polymeren uit hernieuwbare bronnen om de eigenschappen ervan te verbeteren volgens DUJS.
- Biodegradatie: PLA kan niet gemakkelijk in de achtertuin worden gecomposteerd omdat de benodigde temperatuur en waterniveaus in deze omgeving niet beschikbaar zijn.
- Het kan zes tot twaalf maanden duren voordat PLA in de bodem wordt afgebroken.
- PLA heeft drie zes maanden nodig om af te breken in commerciële faciliteiten, merkt World Centric op.
- Wanneer ontbinding plaatsvindt in aanwezigheid van zuurstof, zijn de eindproducten koolstofdioxide en water.
- Als PLA-afbraak plaatsvindt op stortplaatsen zonder zuurstof, produceert het methaangas dat 20 keer schadelijker is voor het milieu dan koolstofdioxide aangeeft volgens de uitstoot van de American Chemical Society (pag. 2).
- PLA heeft de ASTM D7081-test niet doorstaan, aangezien volgens CalRecycle (pag. 7) na zes maanden slechts 3% in zeewater is afgebroken.
Aangezien PLA niet snel afbreekt in de bodem of in zeewater, kan dit een probleem worden als het in de rommel terechtkomt.
Op biomassa gebaseerde biologisch afbreekbare kunststoffen
Op biomassa gebaseerde kunststoffen zijn gemaakt van zetmeel en cellulose verkregen uit gewasresten en uit hout van bomen.
Celluloseacetaat
Celluloseacetaat (CA) is een synthetisch product dat is afgeleid van cellulose die in elk deel van een plant voorkomt. Volgens een wetenschappelijke publicatie uit 2018 wordt cellulose momenteel gebruikt uit katoen, hout en gewasafval. Dit kan worden gebruikt voor het vormen van gegoten vaste kunststoffen, sigarettenfilters, coatings, fotofilms en filters. Cellofaan is een biologisch afbreekbare film geproduceerd uit cellulose. Er wordt voortdurend nieuw onderzoek gedaan naar nieuwe plastic films uit afvalgewas en houtmateriaal die waterbestendig en biologisch afbreekbaar zijn volgens Phys.org.
Biologische afbreekbaarheid: Onderzoek toont aan dat CA na 18 maanden in de natuur wordt afgebroken en met 70% van zijn gewicht is verminderd.
Zetmeel
Een recensie uit 2017 merkt op dat zetmeel wordt behandeld met hitte, water en weekmakers om een thermoplastisch materiaal te produceren. Om de sterkte te verbeteren, wordt het gecombineerd met vulstoffen van andere materialen. De belangrijkste bronnen van zetmeel zijn maïs, tarwe, aardappel en cassave. Dit plastic wordt gebruikt in verpakkingen, tassen en agrarische mulchfilms, serviesgoed, bloempotten en gegoten om verpakkingen en consumptiegoederen te maken. Volgens het Food Packaging Forum wordt het gezien als een alternatief voor polystyreen (PS). Zetmeel wordt toegevoegd aan biobased en conventionele kunststoffen om ze beter biologisch afbreekbaar te maken, zo blijkt uit een Phys-rapport uit 2017.
Biologische afbreekbaarheid: Op zetmeel gebaseerde kunststoffen kunnen composteerbaar of alleen biologisch afbreekbaar zijn. Composteerbare varianten hebben 90 dagen nodig om af te breken in industriële installaties, terwijl de biologisch afbreekbare varianten 100 dagen nodig hebben om 46% af te breken en tot twee jaar om volledig af te breken.
Biologisch afbreekbare kunststoffen op basis van fossiele brandstoffen
Volgens de Bioplastics Guide zijn er een paar nieuwe kunststoffen uit fossiele brandstoffen die ook biologisch afbreekbaar kunnen zijn. De meest voorkomende zijn polybutyleensuccinaat (PBS), polycaprolacton (PCL), polybutyraatadipaattereftalaat (PBAT) en polyvinylalcohol (PVOH/PVA).
- PBATis een polymeer dat wordt geproduceerd uit fossiele brandstofderivaten en soms wordt gebruikt in combinatie met zetmeel. Er worden inspanningen geleverd om dit polymeer uit hernieuwbare bronnen te produceren. Gids voor bioplastics ziet het als een vervanging voor LDPE en HDPE. Het wordt gebruikt voor het maken van vuilniszakken, inpakfolies, wegwerpverpakkingen en serviesgoed (kopjes, schalen etc.). Het is niet alleen biologisch afbreekbaar, maar ook composteerbaar.
- PCL is een synthetisch polyester dat wordt gebruikt om composteerbare zakken te maken, in medische toepassingen (hechtingen en vezels), als oppervlaktecoatings, kleefstoffen voor schoenen en leer, en verstijvingen voor schoenen en orthopedische spalken. Dit plastic kan door gisten worden afgebroken. Meer dan 90% van de films en 40% van het schuim dat van dit materiaal is gemaakt, kan binnen 15 dagen worden afgebroken.
- PBS is een hars geproduceerd uit fossiele brandstoffen of kan ook biobased zijn volgens Succinity (pag. 1, 5). Het kan worden gecombineerd met andere biobased polymeren of vezels zoals jute om de kwaliteit ervan te verbeteren. PBS wordt gebruikt voor het maken van voedselverpakkingen, serviesgoed, landbouwmulchvellen, plantenpotten, hygiëneproducten zoals luiers en visnetten.
- PVOH is een hars die gebruikt kan worden om verpakkingsfilms te maken die LDPE en HDPE kunnen vervangen. De andere belangrijke toepassingen zijn volgens het Food Packaging Forum als coatings en additieven voor de productie van papier en karton.
Alle vier op fossiele brandstoffen gebaseerde kunststoffen zijn biologisch afbreekbaar in drie maanden bij industriële compostering, in één jaar bij compostering in de achtertuin en in één tot twee jaar in de bodem/stortplaatsen volgens InnProBio (pag. 4).
Recycling en compostering
Eigenschappen van de verschillende biologisch afbreekbare kunststoffen moeten in gedachten worden gehouden bij de behandeling ervan aan het einde van hun levenscyclus, waarschuwt de Environmental Protection Agency (EPA).
- EPA legt uit dat biologisch afbreekbare kunststoffen niet mogen worden toegevoegd aan bakken waarin conventionele kunststoffen worden gerecycled, omdat deze van verschillende materialen zijn gemaakt. Dit geldt voor zowel de biobased als de fossiele brandstoffen.
- Hoewel kunststoffen zijn gemarkeerd als biologisch afbreekbaar en composteerbaar, kunnen veel ervan alleen worden afgebroken onder omstandigheden die beschikbaar zijn in commerciële composteerinstallaties; Neem contact op met plaatselijke recyclingbureaus voor informatie over de dichtstbijzijnde compostfabriek. Er waren in 2017 slechts 200 van dergelijke faciliteiten in de VS, dus dit soort centra moeten worden uitgebreid.
- Bevestig dat de zakken thuis composteerbaar zijn door de productinstructies te volgen voordat u ze aan de compostbakken toevoegt.
- Terugwinning van materiaal uit biologisch afbreekbare kunststoffen is niet mogelijk via recycling, vanwege een gebrek aan faciliteiten.
Efficiënte scheiding, inzameling en afbraak is noodzakelijk om te kunnen profiteren van de biogebaseerde en biologisch afbreekbare kunststoffen. Als dit niet het geval is, belandt het merendeel van de biologisch afbreekbare kunststoffen op stortplaatsen.
Toekomst van biologisch afbreekbare kunststoffen
De biologisch afbreekbare aard van kunststoffen kan het probleem van plasticvervuiling niet oplossen als ze niet op de juiste manier worden afgevoerd. Het is ook nog steeds noodzakelijk dat het consumentengedrag gefocust blijft op het terugdringen van de consumptie of het recyclen van plastic om te kunnen profiteren van de overstap van conventionele kunststoffen uit fossiele brandstoffen naar biologisch afbreekbare kunststoffen.
