Wageningse onderzoekers hebben, samen met Amsterdamse en Chinese collega’s, een nieuwe soort plantaardig plastic ontwikkeld dat biologisch afbreekbaar is. Bovendien is het plastic sterker en minder gevoelig voor water dan bestaande biobased plastics. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in Nature Communications.
Plastic van planten maken is niet nieuw. Maar biobased plastic maken dat sterk is, weinig last heeft van water én ook weer relatief makkelijk afbreekt in de natuur, blijkt een stuk lastiger. Een team van Nederlandse en Chinese onderzoekers heeft het nu toch voor elkaar gekregen en noemde het materiaal plantymeer. Net als traditioneel plastic is het doorzichtig, en qua dikte is het vergelijkbaar met een dikke vuilniszak. Om dit type plastic te maken, keken de wetenschappers een trucje af uit de natuur: het proces waarmee spinnen hun spinnendraad maken.
Structuurverandering geeft stevigheid
Het onderzoeksteam werkt met zeïne, een eiwit uit maïs dat al decennialang bekend is als grondstof voor vezels en bioplastics. Om plantymeer-plastic te maken, lossen ze het eiwit op in een mengsel van ethanol en water en brengen het vervolgens precies naar een omslagpunt. Er ontstaat dan een dikke, stroperige eiwitfase. Promovendus Yijie Wang perste dat door een kleine opening, of rolde het uit over een vlakke plaat en liet dat drogen. Zo ontstonden respectievelijk draden voor kleding en plastic folie.
“Het bijzondere gebeurt tijdens die bewerking”, zegt Renko de Vries, universitair hoofddocent Physical Chemistry and Soft Matter. Dat werkt vergelijkbaar met wanneer een spin met kracht spinnendraad uit zijn lijf trekt. De mechanische krachten die vrijkomen tijdens het persen of uitrollen van het zeïne-eiwit veranderen de structuur van de eiwitketens: van springveerachtige vormen (alfa-helices) naar vlakke structuren (bèta-sheets). Die haken in elkaar, waardoor er dwarsverbindingen ontstaan zonder chemische toevoegingen. Het resultaat: een plastic dat sterker is dan het veelgebruikte polyethyleen en net wat minder sterk dan metaal.
De Wageningse De Vries reageerde toch wel verrast toen promovendus Wang het klaarspeelde. “In de natuur komt dezelfde strategie vaker voor.” Spinnenzijde is er het bekendste voorbeeld van, maar ook in de lijm van mosselen en in de zuignaptanden van inktvissen zorgen zulke eiwitknooppunten voor stevigheid. “Maar we kennen het alleen van dieren”, zegt De Vries. “Ik had niet gedacht dat we hetzelfde effect konden krijgen met een plantaardig eiwit.”
Plantymeer-plastic vormt goede barrière
Een van de grootste uitdagingen bij bioplastics is een goede waterbarrière creëren zonder hun bruikbaarheid te verliezen. Plantymeren bieden mogelijk een oplossing: na een uur onder water had de folie 25 procent van zijn eigen gewicht aan water opgenomen. Ter vergelijking: bij soja-gebaseerd plastic is dat 175 procent. Traditioneel PET blijft met maximaal 0,1 procent nog buiten bereik.
Tegelijk breekt het grootste deel van het materiaal binnen vier weken af zonder microplastics achter te laten. De Vries ziet kansen in de landbouw, waar afbreekbaarheid zwaarder weegt dan topprestaties. De Wageningse Wouter Post, onderzoeker duurzame plastic technologie en zelf niet betrokken bij het onderzoek, ziet ook aanvullende mogelijkheden. “De afbreekbaarheid maakt dit soort plastics interessant als alternatief voor wegwerpproducten, zoals plastic bestek, bordjes en rietjes, waar in Europa sinds een paar jaar steeds strengere regels gelden.”
“We willen geen plastic troep in de natuur. Dat is voor mij de motivatie om hieraan te werken.” – Renko de Vries
Zo ver is het echter nog niet. Tot nu toe produceerden de Chinese onderzoekers ongeveer één vierkante meter folie. Opschaling lijkt technisch haalbaar, maar maïseiwit als grondstof vormt een knelpunt. “Eiwitten zijn waardevol en concurreren met voedsel of diervoeding”, zegt De Vries. Daarom kijken de onderzoekers al naar alternatieven, zoals veren uit de pluimveesector en reststromen uit de bierproductie. Daarnaast is er volgens Post verder toegepast onderzoek nodig om het materiaal en de technologie te vertalen naar daadwerkelijke verpakkingsproducten.
Biobased plastics evenaren traditionele plastics nog niet, erkent De Vries. “In vergelijking zijn bioplastics redelijk primitief.” Toch blijft hij gemotiveerd: “We willen geen plastic troep in de natuur. Biobased plastics die afbreken in de natuur bieden een mooie oplossing. Het vergt alleen tijd en onderzoek.”
