Wetenschap
Is voedselverspilling de sleutel tot duurzame, plasticvrije luiers en maandverband?
Eenmaal weggegooid kan het honderden jaren duren voordat wegwerpartikelen zoals luiers en maandverband zijn afgebroken, omdat de absorberende delen en waterdichte lagen kunststoffen en andere synthetische polymeren bevatten. Maar nu vervangen onderzoekers deze materialen door poreuze componenten gemaakt van eiwitbiomassa die vaak wordt weggegooid door de voedsel- en landbouwindustrie. Deze componenten zijn duurzaam en biologisch afbreekbaar, en kunnen er mogelijk voor zorgen dat toekomstige luiers en maandverband door het toilet worden gespoeld of als meststof worden gebruikt.
De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de voorjaarsbijeenkomst van de American Chemical Society (ACS).
Antonio Capezza, die het onderzoek tijdens de bijeenkomst zal presenteren, zegt dat regelgeving in Europa het gebruik van bepaalde op aardolie gebaseerde kunststoffen in wegwerpartikelen ontmoedigt. Er zijn echter geen duidelijke richtlijnen of voorschriften om deze kunststoffen in luiers, maandverband en andere sanitaire wegwerpartikelen te verbieden, merkt hij op, omdat er geen goede vervanging beschikbaar is.
"Maar we hopen daar verandering in te brengen met onze op eiwitten gebaseerde materialen", zegt hij.
Natuurlijk vermijden wasbare luiers het plasticprobleem helemaal, maar hij zegt dat maar weinig zorgverleners ze willen gebruiken. Hij streeft ernaar een ander soort duurzame, niet-vervuilende oplossing te bieden aan mensen die wegwerpbare sanitaire producten willen blijven gebruiken.
"Het acceptatiepercentage zal veel hoger zijn dan wanneer je naar een klant komt en zegt:'Oké, nu moet je je luiers wassen'", legt Capezza uit, onderzoeker bij de afdeling polymere materialen aan het KTH Royal Institute of Technology in Zweden.
Ironisch genoeg vond het project zijn oorsprong in een demonstratie die bedoeld was om studenten te leren wat er mis kan gaan in het laboratorium. Capezza liet hen zien hoe ze met behulp van eiwitten bioplastic filamenten konden maken. Om de impact van ongewenste vochtigheid na te bootsen, voegde hij nat katoen toe, waardoor het mengsel ging schuimen. Toen het product eenmaal was opgedroogd, realiseerde hij zich dat het materiaal superporeus was geworden, wat betekende dat het vloeistof als een spons kon opzuigen.
"Het was dus een soort ongeluk, maar wel een goed ongeluk, want dat leidde ons naar een geheel nieuwe onderzoekslijn", zegt hij. Capezza werkt samen met onderzoekers van KTH, de Zweedse Universiteit voor Landbouwwetenschappen en andere instellingen, waaronder de Simón Bolívar Universiteit in Venezuela, de Universiteit van Tokio in Japan en de Universiteit van Sevilla in Spanje.
Sommige op katoen gebaseerde alternatieven voor sanitaire producten van plastic zijn al op de markt, maar deze zijn afhankelijk van nieuw katoen en hebben mogelijk bleekmiddel of een andere chemische behandeling nodig voor de productie ervan. Op zoek naar een duurzamere materiaalbron identificeerde het team van Capezza eiwitten en andere natuurlijke moleculen die overbleven uit de voedsel- en landbouwproductie en die anders zouden kunnen worden gestort of verbrand; bijvoorbeeld zeïne uit maïs, gluten uit tarwe en natuurlijke antioxidantextracten.
De onderzoekers mengden de eiwitten in verschillende verhoudingen en voegden water en bicarbonaten, zoals zuiveringszout, toe als schuimmiddel; de zoetstof glycerol als weekmaker; en natuurlijke extracten als conserveermiddel.
Het team gebruikte vervolgens apparatuur en verwerkingstechnieken uit de kunststofindustrie, waaronder extrusie, om verschillende componenten te maken die vaak voorkomen in maandverband en luiers. Net als bij een pastamaker stelde de extruder het team in staat filamenten en vlakke platen te produceren en tegelijkertijd de materialen te schuimen. Met deze technieken produceerden de onderzoekers een platte "non-woven" laag die droog bleef aanvoelen en tegelijkertijd vloeistof er snel doorheen liet gaan; een donzig poreus materiaal met superabsorberende eigenschappen dat vloeistof opving; en waterdichte films om bovenkleding te beschermen.
Als proof of concept assembleerden de onderzoekers deze componenten om op eiwitten gebaseerde absorberende prototypes te maken die leken op wegwerpbare sanitaire producten. Eenmaal blootgesteld aan water of grond, werden de materialen binnen enkele weken volledig biologisch afgebroken. Vanwege de eiwitoorsprong van de materialen kwamen bij deze afbraak koolstof, stikstof, fosfor, aminozuren en andere verbindingen vrij die de natuur kan hergebruiken als voedingsstoffen.
Bij verdere ontwikkeling zou dit volgens Capezza kunnen leiden tot sanitaire producten voor eenmalig gebruik die kunnen worden doorgespoeld. Als alternatief kunnen deze producten (of eventueel afval dat tijdens de productiefase wordt geproduceerd) na gebruik worden gecomposteerd om gewassen, zoals maïs en tarwe, te bemesten, wat op zijn beurt de uitgangsmaterialen zou opleveren om nieuwe sanitaire producten te maken.
"Het is dus een volledig circulair ontwerp", voegt Capezza toe. De onderzoekers hebben al aangetoond dat planten langere bladeren en wortels krijgen als ze aan deze compost worden blootgesteld. "En onze tests hebben aangetoond dat er, omdat het op eiwitten is gebaseerd, geen enkel risico bestaat dat deze producten de bodem zullen vervuilen met microplastics of andere ongewenste chemicaliën wanneer ze afbreken", merkt Capezza op.
Op eiwit gebaseerde sanitaire producten zouden ongeveer 10% tot 20% duurder zijn dan traditionele plastic luiers en maandverband, schat Capezza. De prestaties van eiwit maandverband zijn vergelijkbaar met die van conventionele maandverbanden. Aan de andere kant zijn eiwitluiers niet zo absorberend als hun plastic tegenhangers. Dat betekent dat eiwitluiers óf dikker moeten zijn, óf dat de formulering moet worden aangepast om de opname te verbeteren.
Om de vloeistofopname en mechanische sterkte te vergroten, onderzoeken de onderzoekers nu de toevoeging van lignocellulose, een mengsel van lignine en cellulose dat in planten voorkomt. Dit materiaal is een laagwaardig bijproduct van de land- en bosbouwsector. Uit de resultaten tot nu toe blijkt dat de toevoeging ervan de prestaties dicht bij die van conventionele luiers brengt.
Het team bereidt zich nu voor op pilotstudies om de haalbaarheid van het opschalen van de productie te testen. Aanvullende evaluaties, waaronder tests op menselijke huidirritatie, zullen moeten worden uitgevoerd voordat een van deze producten op de markt kan komen, zegt Capezza.