Het wordt steeds duidelijker dat afstappen van fossiele brandstoffen en het vermijden van de ophoping van plastic in het milieu essentieel zijn om de uitdaging van klimaatverandering aan te gaan. In die geest zijn er aanzienlijke inspanningen om afbreekbare of recyclebare polymeren te ontwikkelen die zijn gemaakt van niet-eetbaar plantaardig materiaal dat "lignocellulose-biomassa" wordt genoemd.

Het produceren van concurrerende op biomassa gebaseerde kunststoffen is natuurlijk niet eenvoudig. Er is een reden dat conventionele kunststoffen zo wijdverbreid zijn, omdat ze lage kosten, hittestabiliteit, mechanische sterkte, verwerkbaarheid en compatibiliteit combineren - eigenschappen die alternatieve plastic vervangingen moeten evenaren of overtreffen. En tot nu toe was de taak een uitdaging.

Tot nu toe, dat wel. Wetenschappers onder leiding van professor Jeremy Luterbacher van EPFL's School of Basic Sciences hebben met succes een van biomassa afgeleid plastic ontwikkeld, vergelijkbaar met PET, dat voldoet aan de criteria voor het vervangen van verschillende huidige plastics en tegelijkertijd milieuvriendelijker is.

"We 'koken' eigenlijk gewoon hout of ander niet-eetbaar plantaardig materiaal, zoals landbouwafval, in goedkope chemicaliën om de plasticprecursor in één stap te produceren", zegt Luterbacher. "Door de suikerstructuur intact te houden binnen de moleculaire structuur van het plastic, is de chemie veel eenvoudiger dan de huidige alternatieven."

De techniek is gebaseerd op een ontdekking die Luterbacher en zijn collega's in 2016 publiceerden, waarbij het toevoegen van een aldehyde bepaalde fracties van plantaardig materiaal kan stabiliseren en hun vernietiging tijdens extractie kan voorkomen. Door deze chemie een nieuwe bestemming te geven, konden de onderzoekers een nieuwe bruikbare biogebaseerde chemische stof herbouwen als een plastic precursor.

"Door een ander aldehyde te gebruiken - glyoxylzuur in plaats van formaldehyde - kunnen we eenvoudig 'kleverige' groepen aan beide zijden van de suikermoleculen knippen, waardoor ze als plastic bouwstenen kunnen fungeren", zegt Lorenz Manker, de eerste auteur van het onderzoek. "Met deze eenvoudige techniek kunnen we tot 25% van het gewicht aan landbouwafval of 95% gezuiverde suiker omzetten in plastic."

Dankzij de goed afgeronde eigenschappen van deze kunststoffen kunnen ze worden gebruikt in toepassingen variërend van verpakkingen en textiel tot medicijnen en elektronica. De onderzoekers hebben al verpakkingsfolies gemaakt, vezels die tot kleding of ander textiel kunnen worden gesponnen, en filamenten voor 3D-printen.

"Het plastic heeft zeer opwindende eigenschappen, met name voor toepassingen zoals voedselverpakkingen", zegt Luterbacher. "En wat het plastic uniek maakt, is de aanwezigheid van de intacte suikerstructuur. Dit maakt het ongelooflijk gemakkelijk te maken omdat je niet hoeft te veranderen wat de natuur je geeft, en eenvoudig af te breken omdat het terug kan gaan naar een molecuul dat al overvloedig aanwezig in de natuur."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Chemistry . + Verder verkennen

VTT ontwikkelt transparante cellulosefilm ter vervanging van traditioneel plastic in voedselverpakkingen