Biopolymeren zijn relatief duur en functionele eigenschappen laten nog te wensen over. Logisch dat de voedingsmiddelenindustrie nog even de kat uit de boom kijkt. Mogelijk is de situatie over pakweg tien jaar totaal anders. Groen produceren is in en een aantal grote chemiebedrijven meldt een stijgende fabricage van bioplastics. Meer aanbod en toenemende concurrentie in de markt voor biopolymeren kan gunstig uitpakken op de kiloprijs. Die is nu hoger dan voor conventionele materialen. Een factor 2 tot wel 5 wordt vaak genoemd, maar de uiteindelijk meerkosten zullen sterk afhangen van het aantal verpakkingen, het materiaal en de applicatie. Minstens zo belangrijk voor de toekomst van biopolymeren zijn de wereldwijde R&D-inspanningen op dit vlak. Hierdoor zullen nieuwe biodegradeerbare materialen verschijnen en bestaande worden verbeterd.

In de kinderschoenen
Biologische polymeren vallen in drie groepen uiteen. Het grootste marktaandeel hebben momenteel de polyesters, in het bijzonder de polylactaten. Polymelkzuur (PLA) wordt geproduceerd door fermentatie van suikerkoolhydraten, zoals maïszetmeel. Hierbij ontstaat onder meer melkzuur. Na polymerisatie van de monomeren ontstaat een mooie, heldere folie met een lage gas- en aromabarrière. PLA is goed bestand tegen water, maar laat waterdamp gemakkelijk door. Producent Cargill Dow is erin geslaagd om een PLA-fles te produceren. Dit onder het motto: ‘a natural product in a natural package’.

In de VS was Blue Lake Citrus Products in september naar eigen zeggen de eerste ter wereld die de fles introduceerde in de sappenmarkt. Het bedrijf vult er biologische vruchtensappen in af. Maar mineraalwaterbottelaar BIOTA uit Colorado kwam al eerder met een PLA-fles. Reeds in 2003 begon het bedrijf met het afvullen in bioplastics. Op de BIOTA-site staat echter te lezen dat de stekker uit het bedrijf is getrokken door de belangrijkste aandeelhouder. Of BIOTA dus nog te koop is?
Een tweede groep binnen de polymeren vormen de polysacchariden. Deze bioplastics worden net als PLA gemaakt uit zetmeel van maïs, aardappelen, tarwe en rijst, maar dan direct uit de grondstof. De folie oogt dof, kan niet best tegen water en laat net als PLA waterdamp gemakkelijk door. Zuurstof en kooldioxide worden wel weer beter binnengehouden. Daarmee zijn zetmeelverpakkingen momenteel ongeschikt voor vochtige food producten.

Nog in de kinderschoenen staat de ontwikkeling van direct door bacteriën geproduceerde polymeren uit zetmeel. De belangrijkste zijn de polyhydroxyalkanoaten. Als fabriekjes dienen bacteriën, gisten of planten. Mogelijk kunnen ze in de toekomst ook zetmeel uit rest- of afvalstromen omzetten in polyester-achtige biopolymeren. Dan wordt het pas écht interessant. Commerciële toepassingen van PHA zijn er momenteel nog niet. Een eerste PHA-installatie van Metabolix en Archer Daniels Midland met een productie van 50.000 ton ‘Mirel’ op jaarbasis is gepland voor 2008. Aan PHA worden goede eigenschappen toegedicht. Zo kunnen er flexibele films, rubberachtig en vaste kunststoffen mee gemaakt worden. De waterdampbarrière schijnt goed te zijn. En PHA’s zijn prima af te breken in natuurlijke milieus door dezelfde bacteriën die het materiaal hebben geproduceerd.

Ethische discussie
Aan de Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen van de Universiteit Gent doet Dr. ir. Peter Ragaert (Vakgroep Voedselveiligheid en Voedselkwaliteit) onderzoek naar toepassingen van biopolymeren voor levensmiddelen. Als technologisch adviseur ‘Pack4Food’ is hij nauw betrokken bij een project waarbij voedingsmiddelenbedrijven, verpakkingsproducenten en leveranciers van apparatuur samen met kennisinstituten werken aan de ontwikkeling van nieuwe verpakkingen. Hij wijst erop dat de klassieke plastics, zoals polyethyleen, er ook niet van vandaag op morgen gekomen zijn. “Hier ging wel twintig tot dertig jaar aan onderzoek vooraf.” In biopolymeren moet het onderzoek eigenlijk nog beginnen. “Met name op gebieden zoals, volledige gasdichtheid en temperatuurresistentie – denk aan kant en klaarmaaltijden. Een PLA-bekertje met hete koffie erin smelt, zo’n verpakking kan dus ook niet de magnetron in.”

Een interessant koppel van hernieuwbare grondstoffen vormt volgens Ragaert vezels met biopolymeren. Zo worden reststromen ingezet als grondstof voor verpakkingen “Carrefour gebruikt voor zijn gehakt vezelschalen gemaakt van stengelresten van suikerriet die na het persen vrijkomen. Dat materiaal doet denken aan karton. We gaan waarschijnlijk onderzoeken hoe we ‘bagasse’ kunnen bewerken om de houdbaarheidstermijn te verlengen. Dan is namelijk een gasdichte verpakking nodig.” Door gebruik te maken van reststromen voor de productie van biopolymeren komt de industrie ook tegemoet aan het bezwaar dat groene energie en verpakkingen de wereldvoedselproductie in gevaar brengen. Dit is een ethische discussie die ook Ragaert bezighoudt.

“Dat de maïsprijzen in Mexico geweldig gestegen zijn, komt door de productie van bio-ethanol en andere bio-derivaten. Maïsmeel wordt schaarser en duurder voor de lokale bevolking. Moeten wij wel voeding gaan gebruiken voor non-food toepassingen? Waarom zou het niet kunnen lukken biopolymeren te maken uit afvalstromen? Bijvoorbeeld restafval van de veevoederindustrie of suikerbietenverwerking voor de productie van PLA?”

Ecoflex
Composteerbare polyesters op basis van aardolie vormen een aanvulling op biopolymeren. Veelbelovend is de combinatie van petrochemische polymeren met biopolymeren, omdat de twee elkaars producteigenschappen kunnen versterken. BASF is hierin de trendsetter. De multinational is producent van Ecoflex, een alifatische, aromatische co-polyester die onder de juiste condities van hoge temperatuur, vochtigheid en beluchting in vijf weken wegrot op de composthoop. Dit alles zonder bijproducten.

Eind 2005 bundelde de chemiereus krachten met Cargill Dow, producent van NatureWorks’ PLA. Uit de samenwerking werd Ecovio geboren. Dit polymeer bestaat uit Ecoflex met 45 procent PLA. BASF bedacht een proces om de twee polymeren chemisch te binden. Vooralsnog wordt het nieuwe materiaal ingezet voor flexibele toepassingen, zoals draagtasjes. Op termijn moet het ook mogelijk worden om met spuitgieten of thermovormen bijvoorbeeld yoghurtbekers te produceren.

Monopolie
BASF voorziet een sterk groeiende vraag naar biopolymeren van 20% op jaarbasis. Daarom wordt nu een nieuwe fabriek gebouwd om de Ecoflex-productie op te voeren van 8.000 naar 14.000 ton per jaar. Maar er zijn meer spelers die in de groene verpakkingsmarkt duiken. Nabij het Belgische Doornik moet er begin 2009 een pilot-plant verrijzen voor de synthese van PLA. Dit is een gemeenschappelijk project van Total Petrochemicals en melkzuur- en lactatenproducent Galactic. De productie beperkt zich volgens een perscommuniqué vooralsnog tot 1.500 ton per jaar, inclusief verpakkingen.

Biotechnologiebedrijf Galactic wil met dit initiatief een nieuwe markt aanboren voor zijn halffabrikaten, maar speelt voorlopig op safe. Hangende een vergunningsprocedure en toestemming van de mededingingsautoriteiten zal de proeffabriek de eerste vijf jaar vooral R&D-doeleinden dienen. Of de komst van nieuwe productie-units voor biopolymeren een prijsverlagend effect zullen hebben op de PLA-grondstofprijs, valt te betwijfelen. Cargill Dow blijft voorlopig veruit de grootste PLA-producent ter wereld. De 1.500 ton in Doornik is niet meer dan een druppel op een gloeiende plaat. De marktleider behoudt voorlopig dus zijn monopoliepositie.