KTU-forskare studerar bioplaster: det är inte plasterna som förorenar världen, utan människorna

Idag nämns bioplaster ofta som en av framtidens lösningar för hållbarhet, men få vet att detta långt ifrån är resultatet av forskarnas arbete under de senaste decennierna.

Produktionsmetoden för bioplast, polyhydroxibutyrat, som upptäcktes av den franske forskaren Maurice Lemoigne redan 1926, hamnade då i skuggan av den billiga och till synes oändliga oljeindustrin.

Ändå ser vi konsekvenserna idag – minskande oljeresurser och ofattbara 400 miljoner ton syntetiskt plastavfall bara under 2021, vilket motsvarar vikten av 40 Eiffeltorn.

Kan bioplaster rädda världen? Bioplaster kan inte göra någon större skillnad utan en ansvarsfull användning av syntetiska plaster som är vanliga för oss, säger forskare vid Kaunas University of Technology (KTU). Det behövs dock innovativa lösningar för att hejda dagens globala ekologiska kris, och bioplaster kan spela en mycket viktig roll.

Återvända till naturen

Bioplast är enligt KTU-professorn Dr. Ramunė Rutkaitė ett brett begrepp som omfattar en rad olika material som skiljer sig åt både vad gäller biologisk nedbrytbarhet och de råvaror som de tillverkas av.

”En plast anses vara en bioplast om den är tillverkad av förnybara naturliga råvaror som härrör från biomassa, naturliga eller genetiskt modifierade organismer, eller om den är biologiskt nedbrytbar. Det finns en tredje typ av bioplast som har båda dessa egenskaper”, säger forskaren.

Enligt KTU-professorn produceras för närvarande de allra flesta bioplaster av råvaror från jordbruket, så kallade första generationens råvaror, främst med hjälp av kolväterika växter som potatis, majs, sockerrör och vete.

Detta val av råvaror för bioplaster väcker naturligtvis en etisk fråga: har världen råd att tillåta att råvaror av livsmedelskvalitet används till exempel vid tillverkning av bioplastpåsar?

”I det här fallet råder det ingen tvekan om att livsmedel måste prioriteras”, säger Dr Rutkaitė. – Samtidigt bör man vid tillverkningen av bioplast använda råvaror av andra och tredje ordningen: naturliga råvaror som inte lämpar sig som livsmedel eller foder, algbiomassa, kommunalt och industriellt avfall samt biprodukter från livsmedelsindustrin.”

Tekniken för att använda andra och tredje generationens råvaror för att producera bioplaster är fortfarande på väg, men en sådan råvara som finns i de oätliga delarna av många växter undersöks av KTU-forskare.

Dr. Ayodeji Amobonye, postdoktoral praktikant från KTU i Nigeria som arbetar med projektet ”Development of bioactive and biodegradable bioplastics from sustainable polysaccharides”, säger att idén att titta närmare på växtens skyddande innandöme som en potentiell källa för produktion av bioplastkomponenter inspirerades av ingen annan än naturen själv.

”Detta projekt, liksom många andra, är inspirerat av naturen, där många frukter och frön är inneslutna i ett slags ”skal” som skyddar fruktens insida från en mängd olika naturliga faktorer som fukt, UV-strålar, patogener och skadedjur.

Nötskalen skyddas t.ex. huvudsakligen av en speciell lignocellulosa-struktur, men de olika biologiskt aktiva föreningar som ingår i skalet bidrar bara till skyddet. Det är dessa naturliga föreningar som vi vill utforska som aktiva ingredienser för produktion av funktionella bioplaster”, säger den unga forskaren.

”Bio” betyder inte nödvändigtvis biologiskt nedbrytbart

Biologisk nedbrytbarhet är en viktig egenskap som gör bioplaster alltmer attraktiva inom ett stort antal sektorer, särskilt på grund av deras unika kemiska och fysiska egenskaper som kan göra biologiskt nedbrytbara bioplaster till och med bättre än traditionella plaster.

”Biologiskt nedbrytbara bioplaster kan, under rätt miljöförhållanden och med rätt mikroorganismer, brytas ned helt och hållet till naturliga material som vatten, koldioxid eller kompost. I det här fallet lämnas inga bioplastpartiklar kvar, så varken mark- eller vattenresurser skadas”, betonar Dr Rutkaitė.

Å andra sidan kan bioplaster med högre bioaktivitet utöka själva materialets funktionalitet, vilket t.ex. kan hjälpa till i kampen mot matsvinn, ett annat angeläget problem i världen.

”Bioplasternas antimikrobiella och antioxidativa egenskaper är av särskilt intresse för livsmedelsindustrin, eftersom förpackningar som tillverkas av sådana material kan förlänga hållbarheten för förpackade livsmedel, vilket i sin tur kan bidra till att minska matsvinnet”, säger postdoktor Dr Amobonye, som arbetar med att förbättra bioplasternas bioaktivitet och biologiska nedbrytbarhet tillsammans med KTU-forskare.

Forskarna påpekar dock att även om de är märkta ”bio” är inte alla bioplaster faktiskt biologiskt nedbrytbara. Enligt Dr Ramunė Rutkaitė kan bioplaster som tillverkas av 100 % växtbaserade råvaror ibland vara icke-biologiskt nedbrytbara, medan vissa plaster som tillverkas av fossila råvaror kan brytas ned snabbt.

”Egenskaperna för biologisk nedbrytbarhet är oftast oberoende av materialets ursprungliga källa, men är kopplade till materialets kemiska struktur”, säger forskaren. – När man sorterar bioplaster är det därför mycket viktigt att titta på informationen på bioplastprodukten, t.ex. förpackningen.

Om produkten är märkt som hemkomposterbar kan den komposteras hemma eller slängas i soporna för köks- och matavfall. Om det å andra sidan inte finns någon information om hemkompostering ska bioplaster slängas i plastsoporna.”

Att lära sig leva med plast

Bioplaster kommer inte att rädda världen på egen hand, det är Dr Rutkaitė övertygad om. De kan bidra till att minska användningen av fossila bränslen inom plastindustrin, men först måste mänskligheten lära sig att hantera den mängd syntetiska plaster som redan finns på jorden.

Det är inte förvånande, påpekar hon, att återvinning av syntetiska plaster under de senaste åren har blivit ännu viktigare än att tillverka nya bioplaster.

”Plaster förorenar inte miljön. Det är människor som inte inser, eller ibland inte ens inser, att plast måste samlas in och återvinnas”, understryker hon. – Det är därför viktigt att förbättra insamlingen och sorteringen av plastavfall i alla länder runt om i världen, att minska användningen av plastprodukter för engångsbruk, att återanvända plastprodukter och framför allt att öka konsumenternas medvetenhet, eftersom det dagliga beteendet avgör konsumtionsnivån och insamlingen av plastprodukter.”

En omedelbar eliminering av syntetiska plaster kommer inte att uppnås enbart på grund av de konsumtionsmönster som har utvecklats, utan också på grund av de syntetiska plasternas låga kostnad och egenskaper.

Forskarna är medvetna om att tekniken och infrastrukturen för att producera bioplaster från andra och tredje generationens råvaror fortfarande är underutvecklad och att kostnaden för att producera dem för närvarande är flera gånger högre än kostnaden för att producera våra konventionella plaster.

Så det verkar som om en plötslig global övergång till bioplaster helt enkelt inte skulle vara genomförbar, åtminstone inte för närvarande.

”Hur som helst måste vi komma ihåg att Rom inte byggdes på en dag, och att de flesta av de vardagstekniker som vi använder nu en gång i tiden var begränsade och dyra.

Så världen har fortfarande en lång väg att gå när det gäller forskning och experimentell utveckling (R&D) för att utveckla lösningar som gör det möjligt för industrin att nå sin fulla potential”, säger Dr Amobonye.

Han anser att avfall-till-energi, mekanisk och kemisk återvinning nu kanske är de viktigaste sätten att hantera utmaningen med plaståtervinning på ett mer effektivt sätt.

”Dessa åtgärder finns också på plats i Litauen. Landet kommer dock snart att behöva öka sin kapacitet för mekanisk och kemisk återvinning på grund av det nära förestående ikraftträdandet av förordningen om förpackningar och förpackningsavfall i Europeiska unionen, som kommer att tvinga landet att minska mängden plastförpackningsavfall, öka återvinningen av förpackningar och använda återvunnen plast och bioplast i nya förpackningar”, säger en forskare från KTU.