Het voordeel van oplosbare visnetten

Afbreekbare kunststoffen bestaan al geruime tijd. Toch wil het maar niet tot massaproduktie komen. Dat is jammer, want voordelen zijn er te over.

Chris Sommerville van de Universiteit van Stanford is het gelukt om akkerplanten plastic te laten maken, zo meldde Der Spiegel vorige week. De plant maakt het plastic - polyhydroxyboterzuur (PHB) - uit druivesuiker in de chloroplasten, de lensvormige orgaantjes die planten gebruiken om licht in energie om te zetten (fotosynthese). In de plant is een gen ingebracht van de bacterie Alcaligenes eutrophus, die voorraden polyboterzuur als reservevoedsel aanlegt. Aanvankelijk reageerde de plant daar helemaal niet goed op, omdat alle cellen plastic gingen maken en de stofwisseling volledig in de war werd geschopt. Inmiddels blijft de aanmaak van PHB beperkt tot de chloroplasten en verloopt de reactie naar wens.

Het grote voordeel van plastics die in planten groeien is dat ze bio-afbreekbaar zijn. Petrochemische kunststoffen zijn dat meestal niet. Zonlicht (UV-licht) kan de moleculen wel in kleinere fragmenten opsplitsen, zodat het plastic uit elkaar valt, maar in de meeste plastics zit een chemische bescherming tegen UV-licht. Op zich is het niet zo moeilijk om die bescherming weer weg te halen en lichtgevoelige stoffen toe te voegen, zoals carbonylgroepen die UV-licht absorberen. Maar dan nog zullen de plastics niet volledig worden afgebroken. De laatste restjes moeten namelijk door micro-organismen worden geconsumeerd, maar meestal is de molecuulmassa daarvoor te groot.

Vandaar al lang wordt geprobeerd om natuurlijke plastics of polymeren te maken. Polymeren vormen immers de belangrijkste bestanddelen in het planten- en dierenrijk, al gebruiken ze andere bouwstenen (suikers, vetzuren, fosfaten) dan de petrochemischge industrie.

Veel bioplastics bestaan tegenwoordig uit zuiver zetmeel. Het aardappelzetmeel wordt met hulpstoffen en water tot een homogene mix verwerkt en in hoge-drukmatrijzen gespoten. In speciale doorloopovens wordt het mengsel 'verstijfseld'. Avebe-dochter Suntray uit Helmond maakt van zetmeel frietbakjes en verpakkingen voor levensmiddelen en de diervoedingsindustrie die volledig tot compost verwerkbaar zijn. Toch zijn de mogelijkheden van deze plastics beperkt.

Ze zijn niet erg sterk en nemen vrij snel vocht op. Versterking is alleen mogelijk door het zetmeel met bestaande plastics te vermengen, maar dan kunnen ze weer niet goed worden afgebroken. Soms wordt maisolie toegevoegd die met zouten uit de bodem metaalionen vrijmaakt. Daardoor worden peroxiden gevormd die de polymeermoleculen dusdanig afbreken dat ze door micro-organismen kunnen worden verteerd.

Moeizaam

Toch gaat dit nog altijd erg moeizaam. Fabrikanten die al eerste met de produktie van kunststoffen op zetmeelbasis zijn begonnen, zoals Archer en St. Lawrence Starch, hebben de produktie inmiddels dan ook gestaakt. Andere ondernemingen werken aan een nieuwe generatie biopolymeren met een hoger percentage zetmeel, van veertig tot zelfs negentig procent. Ferruzzi, een dochter van het Italiaanse bedrijf Montedison, claimt op zetmeelbasis een materiaal te hebben ontwikkeld dat dezelfde eigenschappen heeft als polyethyleen.

Duurzame bioplastics kunnen ook worden gemaakt met behulp van bacteriën. Meestal leveren die alleen de grondstof. De polymerisatie (het aaneenrijgen van de bouwstenen) moet dan alsnog chemisch gebeuren. Lactaat, dat uit suikerfermentatie kan worden bereid, wordt op deze manier vervaardigd. Lactaat is op dit moment de meest gebruikte bio-afbreekbare polyester. Voedingsgigant Cargill produceert het in grote hoeveelheden, o.a. voor medische toepassingen (zoals microcapsules voor het transport van antibiotica en insuline in het lichaam) en Dupont en ConAgra hebben nog niet zo lang geleden een joint venture opgericht, EcoChem, dat zich ook met de produktie van lactaat-polymeren bezighoudt. Vergeleken met kunststoffen zijn deze plastics nog wel erg duur. Veelbelovend zijn wel polyhydroxylalkanoaten (PHA), een biopolyester die zich als een echte thermoplastic gedraagt: het materiaal wordt zacht wanneer het wordt verhit en hard wanneer het afkoelt. Omdat deze plastics dezelfde smelttemperaturen hebben als normale kunststoffen (50 tot 180 graden Celsius) kunnen ze in bestaande extrusie- en vormdraaimachines worden gebruikt.

Voor het 'kweken' van deze bioplastics wordt meestal een beroep gedaan op de bacterie Alcilagenes eutrophus. Wanneer die maar voldoende suiker te eten krijgt, legt hij vanzelf enorme energievoorraden polyhydroxyboterzuur aan. Om dit materiaal - dat overigens al in 1927 door het Pasteur Instituut werd ontdekt - te oogsten worden de bacteriecellen opengebroken. Omdat de plastics zelf moeilijk tot concrete produkten zijn te verwerken, wordt polyhydroxyboterzuur meestal met een ander polymeer zoals polyhydroxyvaleraat gecombineerd. Hoewel PHA al commercieel verkrijgbaar is - ICI-dochter Zeneca levert een PHA copolymeer onder de naam Biopol - wordt er nog steeds onderzoek naar gedaan, in ons land aan het Centrum voor Polymeren en Composieten van de TU Eindhoven en het Instituut voor Agrotechnologisch Onderzoek in Wageningen.

De PHA's mogen dan door hun grote vochtbestendigheid een grote voorsprong hebben op plastics die uit aardappel- of maiszetmeel worden gemaakt, ze worden gauw broos. Men heeft geprobeerd dit te verhelpen door het menu van de bacteriën te veranderen, maar een betere oplossing lijkt het gecontroleerd herkristalliseren (stollen) bij voldoende hoge temperatuur.

PHA's kunnen worden gebruikt voor anti-doorleklaagjes in luiers die na gebruik op de composthoop kunnen worden gegooid of visnetten die na enige jaren langzaam oplossen, zodat ze niet in de eeuwigheid als spooknetten door de oceanen drijven. Omdat er nog geen grote hoeveelheden van kunnen worden gemaakt en omdat het produktieproces moeilijk kan worden gecontroleerd, is PHA nog erg duur.

'In het slop

Het onderzoek naar bacteriële produktie is hierdoor eigenlijk in het slop geraakt,' zegt microbioloog Anthony Sinskey van het Massachusetts Institute of Technology (MIT). 'Om de produktie op te voeren moeten we kijken naar andere organismen of naar planten.'

Sinskey heeft voor dit doel een bedrijf, Metabolix, opgericht, dat PHA's wil kweken in sneller groeiende bacteriën en in planten. Metabolix denkt daarbij aan aardappelen, oliezaad en paddestoelen. Sinskey: 'Het grote voordeel van planten is dat ze weinig energie nodig hebben om bioplastics te maken, alleen zonlicht en water. Aardappelvelden in Iowa zouden miljoenen tonnen aan plastic kunnen produceren.'

Sinskey en onderzoekers van Zeneca, Michigan State University en de Universiteit van Minnesota maken allemaal gebruik van genen van bacteriën als Alcaligenes eutrophus. Die worden met behulp van een vector of plasmide - een klein stukje DNA - in een andere bacterie of plant tot expressie gebracht. Behalve met aardappelen wordt er geëxperimenteerd met koren en oliezaad. PHB kan zelfs in zandraket (Arabidopsis thaliana) worden gesynthesiseerd, een plant die in Nederland algemeen op zandgrond voorkomt.

Sinskey: 'De keuze van de planten hangt af van het soort plastic dat we willen maken. Bij aardappelen wordt het zetmeel in plastic omgezet, bij suikerriet is dat het vruchtesuiker.' Aan veldproeven zijn Sinskey en zijn Amerikaanse collega's nog lang niet toe. 'Eerst moeten we het enzymatische proces beter onder controle zien te krijgen.'