Circulariteit omarmen
Het omzetten van restslib uit afvalwater in polyesterverbindingen is een innovatieve aanpak die de manier waarop we naar afval kijken en ermee omgaan opnieuw invult. Rioolslib wordt een waardevolle grondstof die bijdraagt aan een circulaire economie. "Door polyesters te winnen uit bacteriën in afvalwater, maken we materialen die snel oplossen in water. Daardoor verminderen we het aantal microplastics dat in de oceaan terechtkomt en een bedreiging vormt voor het leven in het water", zegt prof. dr. Jeroen Cornelissen, die onderzoek doet op het gebied van Biomoleculaire Nanotechnologie aan de Universiteit Twente. "Deze polyesterverbindingen kunnen opnieuw worden gebruikt met minimale chemische bewerking. Het doel is niet om plastic voorwerpen terug te gooien in het riool, maar om ze te verwerken zodat ze hergebruikt kunnen worden. Bovendien zijn ze zeer biologisch afbreekbaar en breken ze op natuurlijke wijze af in het milieu zonder schadelijke microplastics achter te laten," legt Cornelissen uit.
Bier drinken uit je afval
Wanneer de bacteriën zich vermengen met rioolslib, vermenigvuldigen ze zich snel en produceren ze polyesterverbindingen zoals zogenaamde metabolieten. De innovatie ligt in het verzamelen van deze metabolieten en ze te verwerken tot biologisch afbreekbare kunststoffen ter vervanging van kunststoffen op basis van aardolie. Een Drents bedrijf produceert al bierbekers van deze materialen, terwijl een ander bedrijf de materiaaleigenschappen verbetert voor diverse andere toepassingen, zoals bijvoorbeeld toetsenborden. Toch wordt er nu nog niet zoveel geproduceerd omdat de polymeren aanzienlijk variëren in hun eigenschappen, afhankelijk van de omstandigheden waaronder ze zijn gemaakt.
Inzicht in het proces
De eerste stap in het maken van deze bioplastics is het polymeer uit het mengsel van bacteriën en afval halen. "Het is vergelijkbaar met het zetten van koffie: je begint met een mengsel van koffiedik en water en filtert het vervolgens om pure koffie te krijgen. Op dezelfde manier worden in dit proces bepaalde alcoholen gebruikt bij gecontroleerde temperaturen om het gewenste polymeer op te lossen uit het bacterie-afvalmengsel dat meer dan 200 verbindingen bevat. Om zuiverheid en gelijkmatigheid te garanderen, wordt de oplossing vol met polymeren verder verfijnd om het uiteindelijke bioplasticmateriaal te krijgen," legt Cornelissen uit.
Met behulp van instrumenten die vergelijkbaar zijn met MRI bestudeert het team van de Universiteit Twente het winningsproces en de eigenschappen van de resulterende polymeren. Tot slot proberen ze om het materiaal zo gelijk mogelijk te maken, omdat de eigenschappen van kunststoffen worden bepaald door hun moleculaire structuur en die verschilt per afvalstroom. Door de chemische samenstelling aan te passen of de polymeren chemisch om te zetten, kunnen ze van verschillende startbatches een zo gelijk mogelijk materiaal maken, dat kan worden omgezet in allerlei toepassingen, zoals bierbekers, toetsenborden en autodashboards.
Uitdagingen
Een van de grootste uitdagingen is te zorgen voor een constante stroom materialen die zo gelijk mogelijk is samengesteld met structurele eigenschappen. "Bacteriën zijn gevoelig voor hun omgeving en produceren licht verschillende soorten polymeren, afhankelijk van factoren zoals temperatuur, zuurgraad en de specifieke afvalstoffen die ze consumeren," legt hij uit.
Als de bacteriën bijvoorbeeld in verschillende omgevingen worden gekweekt, kunnen ze hun bouwstenen op unieke manieren aan elkaar lijmen. Deze variabiliteit maakt het moeilijk om de exacte eigenschappen van de gewonnen polymeren te voorspellen en dus ook de uiteindelijke toepassing van het materiaal. Om dit op te lossen werken ze aan de Universiteit Twente aan manieren om deze omstandigheden te controleren. "We kunnen, indien nodig, de chemische samenstelling van de grondstoffen aanpassen of de polymeren chemisch omzetten in een zo gelijk mogelijk materiaal. Op deze manier zorgen we ervoor dat het uiteindelijke materiaal voldoet aan de gewenste specificaties, of het nu gaat om een koffiekopje of een dashboard van een auto," voegt hij eraan toe.
Door afval om te zetten in een grondstof komen we dichter bij een duurzamere wereld, waarin kunststoffen niet langer een last zijn voor de planeet, maar een duurzaam onderdeel van ons dagelijks leven. Cornelissen concludeert: "We moeten investeren in meer onderzoek en nauw samenwerken met de industrie om dit proces beter te begrijpen en te optimaliseren. We zijn niet ver verwijderd van een toekomst waarin bioplastics uit afvalwater materialen afkomstig van fossiele brandstoffen kunnen vervangen."
