Onderzoeker Maarten van der Zee van Wageningen University & Research (WUR) legt uit wat het verschil is tussen biobased en biologisch afbreekbaar plastic. Samen met zijn team ontwikkelt hij een nieuwe test om de afbreekbaarheid van plastic te meten, met het oog op een duurzamere en schone toekomst.

Wie het woord ‘bioplastic’ in het bijzijn van Maarten van der Zee laat vallen, kan rekenen op een vriendelijke correctie. ‘Bioplastic is geen wetenschappelijke term en bovendien verwarrend.’ Van der Zee is senior onderzoeker bij de
Duurzame Plastics Technologiegroep van WUR en vindt dat we het woord beter helemaal niet meer kunnen gebruiken. ‘Onder de noemer bioplastic kun je gemakkelijk twee groepen materialen door elkaar halen: enerzijds biobased plastics, gemaakt van biomassa in plaats van fossiele grondstoffen; anderzijds bioafbreekbare plastics, die onder specifieke omstandigheden afbreken in de natuur.’

Niet elk biobased product is namelijk biologisch afbreekbaar. Een draagtas van bio-polyethyleen is duurzamer, want de uitstoot van het productieproces ligt lager. Maar wie zo’n bio-boodschappentas in het bos verliest, kan grofweg 2.000 jaar later de resten nog terugvinden. Begrijpelijk dus dat Van der Zee aan het begin van het gesprek meteen even duidelijk maakt waar we het nu precies over hebben. Hij ontwikkelt met zijn team namelijk een nieuwe methode om biologische afbreekbaarheid te meten – een belangrijke stap in de richting van plastics die niet alleen duurzamer zijn, maar ook veiliger voor het milieu.

Het verschil tussen biobased en bio-afbreekbaar

Hoe kan het dat plastics die zijn gemaakt van zetmeel, suiker of zelfs houtvezels niet afbreken in de natuur? Dat heeft te maken met het feit dat ‘plastic’ een materiaaltype is, zoals metaal of keramiek. Anders gezegd: al die materialen die we onder de noemer ‘plastic’ scharen, worden vooral getypeerd door hun plasticiteit; het feit dat het zich in allerlei vormen laten gieten, buigen of blazen. Verder kunnen plastics juist behoorlijk sterk van elkaar verschillen. Een hard legoblokje is gemaakt van ABS, een hard plastic dat lang meegaat; terwijl een boterhamzakje juist licht en elastisch is.

Als je een boodschappentas van biobased polyethyleen maakt, verandert de chemische samenstelling niet. Net als fossiele polyethyleen, is de biobased variant opgebouwd uit kettingen ethyleenmoleculen. Het verschil zit in de grondstof waaruit die bouwsteen is gewonnen. Ethyleen komt normaliter uit aardolie, een fossiele bron, maar het kan ook uit suikerriet worden gehaald. Dat maakt de productie duurzamer, maar het betekent niet dat je de tas nu wel kunt laten slingeren. Biobased of niet, de natuur weet zich geen raad met polyethyleen.

‘Dat betekent echter niet dat plastics naast biobased ook nog eens allemaal biologisch afbreekbaar zouden moeten zijn,’ zegt Van der Zee. ‘Er zijn producten die lang mee moeten gaan en goed bestand moeten zijn tegen verweer, denk bijvoorbeeld aan raamkozijnen of een regenton. Voor die producten kan niet-afbreekbaar plastic de juiste keuze zijn.’

Bio-afbreekbaarheid kan vervuiling tegengaan

Hoewel Van der Zee nut ziet voor plastics, benadrukt hij ook dat we plastic veel bewuster moeten inzetten. ‘400 miljoen ton, zoveel plastic wordt er elk jaar wereldwijd geproduceerd. Of dat nu fossiel is of niet, dat is een enorme druk op onze planeet.’ Toch is plastic realistisch gezien niet meer weg te denken uit de wereld. Daarom pleiten Van der Zee en zijn collega’s ervoor dat alle plastics die nog wel geproduceerd worden biobased zijn; dat er zoveel mogelijk plastic wordt hergebruikt; én dat plastic producten die een vervuilingsrisico vormen biologisch afbreekbaar zijn.

Die vervuilingsrisico’s licht Van der Zee toe. ‘Er zijn grofweg vier manieren waarop plastic in het milieu terecht kan komen. Allereerst zijn er opzettelijke toepassingen van plastic in het milieu, zoals verrijkende zaadcoatings in de tuinbouw. Daarnaast heb je verlies – een flink aantal visnetten blijft bijvoorbeeld achter in de oceaan. Vervolgens is er slijtage, bijvoorbeeld van kleren, bezems of verf. Als laatste is er dan nog plastic zwerfvuil, of dat nu komt door een overvolle afvalbak of omdat plastic op een stortplaats wordt gedumpt.’

Plastics die biologisch afbreken, kunnen bijdragen aan minder vervuiling. Van der Zee haast zich daarbij wel nog te zeggen dat biologische afbreekbaarheid niet dé oplossing is voor zwerfvuil. ‘Zwerfvuil is een maatschappelijk probleem, het gevolg van menselijk gedrag. Ook biologisch afbreekbare plastics kunnen we niet massaal op straat gooien. Niet alleen zorgt dat nog steeds voor enige druk op het milieu, het geeft ook overlast en voorkomt dat het plastic kan worden gerecycled of gecomposteerd.’

Wanneer is plastic écht biologisch afbreekbaar?

‘Biologische afbreekbaarheid is geen materiaaleigenschap, zoals hardheid of kleur,’ legt Van der Zee uit. ‘Afbraak is een samenspel tussen het materiaal en de microbiologie van een omgeving. Als dat microscopisch kleine leven – de lokale schimmels en bacteriën – zich geen raad weet met het materiaal zal het nooit volledig afbreken.’

Volledige ‘biodegradatie’, zoals het wetenschappelijk heet, heeft een specifieke betekenis. ‘Veel plastic valt uiteindelijk uit elkaar, onder invloed van zonlicht bijvoorbeeld. Maar ook als je plastic niet meer ziet, betekent dat niet dat het volledig is afgebroken. Er kunnen nog steeds microscopisch kleine stukjes aanwezig zijn in het milieu—de bekende microplastics.’ Plastic is pas volledig afgebroken als micro-organismen álle bouwstenen van het materiaal hebben geconsumeerd en omgezet hebben in bijvoorbeeld energie. Het eindproduct van die afbraak is koolstofdioxide. ‘We zeggen dan dat het materiaal is gemineraliseerd.’

Niet in elke omgeving leven dezelfde micro-organismen. Dus hoe vlug een materiaal wordt afgebroken, verschilt ook per milieu. Hoe zorgen wetenschappers ervoor dat we er zeker van kunnen zijn dat plastics die zichzelf bio-afbreekbaar noemen, ook daadwerkelijk afbreken? Daarvoor meten ze hoezeer het materiaal mineraliseert. ‘De standaardtest maakt gebruik van een respirometer. Daarmee meten we eigenlijk de ademhaling van de micro-organismen: de hoeveelheid zuurstof die wordt gebruikt tijdens het afbreken en de hoeveelheid koolstofdioxide die weer vrijkomt.’

Een innovatieve test voor biodegradatie

Diep in een van de WUR-gebouwen laat Van der Zee een typische respirometer-installatie zien: een paar forse kasten met transparante deuren. In die reactoren staan rijen literflessen, gevuld met vloeistof of aarde. ‘Inclusief plastic en bacteriën.’ Alle flessen zijn aan elkaar verbonden met buisjes. ‘Alle kasten zitten weer aan dit apparaat vast.’ Van der Zee wijst op de buizen die elke reactor verlaten en uitkomen bij een kleinere installatie. ‘Dit apparaat meet hoeveel koolstofdioxide er in de lucht boven de monsters vrij is gekomen. Je kunt tot op de microgram meten hoe goed het plastic degradeert.’

Die precisie is een groot voordeel van de standaardmethode, maar gaat ten koste van de efficiëntie. ‘Deze installatie heeft 36 kanalen. Als we willen meten hoe goed een materiaal afbreekt in water en bodem, en daar de controlegroep nog bij op tellen, kunnen we per kast één plastic aan een test onderwerpen. Een respirometer neemt veel ruimte in beslag, waardoor je maar een paar monsters tegelijk kunt testen.’

In een lab een paar verdiepingen hoger, houdt Van der Zee de alternatieve test omhoog die hij en zijn team ontwikkelen. In zijn hand heeft hij een rekje ter grootte van een A5 met 24 kleine testbuisjes erin. ‘In elk buisje gaat slechts anderhalve milliliter aan testoplossing.’ De nieuwe test kan met zulke kleine hoeveelheden werken, omdat die de uitstoot van koolstofdioxide op een nieuwe manier meet. ‘In elk buisje zit een microsensor.’ Van der Zee laat het miniscule grijze oppervlakje zien. ‘Die sensor meet hoeveel koolstofdioxide er opgelost is in het water. CO₂ verdeelt zich namelijk gelijkmatig over het water en de lucht in het buisje, dus je kunt één van tweeën meten.’

De kleine vormfactor van de test biedt de kans om veel materialen tegelijkertijd te testen. ‘In de reactor van ons lab passen vijf tot tien van deze rekjes. We kunnen dus tot wel 240 buisjes tegelijkertijd aan metingen onderwerpen. Zelfs als je elk materiaal dubbel test en een controlegroep meeneemt zijn dat nog steeds 80 plastics tegelijkertijd.’

De plastics van de toekomst testen

De nieuwe test die Van der Zee en zijn collega’s hebben ontwikkeld, is niet zo precies als de respirometer. ‘We kunnen met deze test niet exact kwantificeren hoeveel koolstofdioxide er vrijkomt bij de biodegradatie, maar wel of het veel of weinig is,’ vertelt hij. De test geeft dus geen resultaat tot op de komma. Toch kan de nieuwe methode bijdragen aan het ontwikkelen van nieuwe, duurzame, bio-afbreekbare plastics.

Ontwikkelaars kunnen de nieuwe test namelijk gebruiken als een screening. ‘Plastics ontwikkelen is een complex chemisch proces. Steeds andere chemische verbindingen worden uitgeprobeerd in combinatie met stoffen die moeten zorgen voor meer flexibiliteit, hardheid of andere eigenschappen. Met onze test kun je heel veel variaties op één recept tegelijkertijd testen, om zo efficiënt te ontdekken welke varianten de meeste potentie hebben op het gebied van biodegradatie. Op die manier kunnen fabrikanten bio-afbreekbaarheid vanaf het begin meenemen in de ontwikkeling van nieuwe plastics.’ Nieuwe plastics die, natuurlijk, bij voorkeur biobased zijn.

Bron: Wageningen University & Research (WUR)