Sukkersød fremtid for plastikproduktionen

I stedet for at bruge fossil olie til at producere plastik, vil man i fremtiden kunne bruge glukose. (Foto: Colourbox)

Plastikposen til dine indkøb. Sprøjten og plastret på hospitalet. Din fleecetrøje og din tandbørste. Alle er eksempler på produkter, der har plastik som hovedingrediens.

Plastiks vigtigste råstof er fossil olie. Rent faktisk bruges cirka 4 procent af al den råolie, der hentes op fra undergrunden, til at lave plastikprodukter.

Og plastik er en kæmpe industri.

Det er formbart, hurtigt at producere og billigt. Men eftersom olie er en råvare, der svinder ind, er industrien interesseret i at finde alternativer.

»Vi oplever, at danske virksomheder de sidste år er blevet meget interesserede i de plasttyper fra biomasse, der er under udvikling,« fortæller chefkonsulent Helle Fabiansen fra Plastindustrien.

Hun understreger, at det ikke kun er på grund af en 'grøn' signalværdi:

»Det står efterhånden klart, at de fossile ressourcer er begrænsede. Så i modsætning til for blot få år siden begynder danske virksomheder nu at opfatte det som en nødvendighed at finde alternative råvarer, for det vil være det eneste holdbare på lang sigt.«

Stærkt samarbejde

Danmark er i en unik position til at udvikle kemikalier på baggrund af biologiske materialer på grund af de stærke forskningsmiljøer, vi har inden for forskning i enzymer og kemiteknologi. Samtidig har vi økonomisk stærke kommercielle virksomheder, der samarbejder med forskerne om at videreudvikle teknologien til kommercielle produkter.

Vi oplever, at danske virksomheder de sidste år er blevet meget interesserede i de plasttyper fra biomasse, der er under udvikling.

- Helle Fabiansen

Således er DTU og Novozymes gået sammen for at udvikle en metode, så man i stedet for at bruge olie kan lave plastik af sukker (glukose).

Det er ikke kun en måde at forberede sig på, at olien svinder. For hvis alle 600.000 tons plastik, der forbruges om året i Danmark, blev lavet af biologisk materiale, vil atmosfæren kunne slippe for mellem 600.000 og 2,4 mio. ton CO2. Det viser tal i en rapport fra EU's Institute for Prospective Technological Studies.

Og glem alt om genbrugsbestik, der knækker eller smelter, når du forsøger at stikke den i din mad. Fremtidens bioplast (eller bio-polymerer) skal have samme egenskaber som den plast, vi kender, og den skal kunne tåle at blive brugt.

»Vi er nu i stand til at fremstille de byggesten, der skal til for at danne plastik. Og vi har forhandlinger med flere plastfremstillende virksomheder, der er interesserede i at afprøve vores teknologi. Vi forudser med andre ord et stort marked for plastiktyper lavet af glukose,« fortæller professor John Woodley fra DTU Kemiteknik.

Næste skridt er et pilotanlæg på DTU, hvor de grundelementer, der skal bruges til bioplast, kan produceres i så store mængder, at de interesserede virksomheder har materiale nok til at foretage deres første forsøg med at lave kommercielt brugbare plastmaterialer.

Anlægget forventes færdigt ved udgangen af 2010 og skal efter planen kunne producere det glukosebaserede grundmateriale i op til 10 kg. ad gangen.

»Plastikindustriens behov vil til sammenligning være flere tusind tons om året, og det anser vi absolut som værende realistisk i fremtiden,« siger John Woodley.

Projektet er et samarbejde mellem DTU Kemiteknologi, DTU Kemi og Novozymes.

Passer godt til forretningsstrategien

Novozymes, der er specialister i at nedbryde biomasse til glukose, er trådt ind som kommerciel partner i projektet, fordi virksomheden kan se et perspektiv i at bruge ressourcer på at udvikle glukosebaseret plastiktyper.

VIDSTE DU

At ordet plastik kommer fra det græske plastikos og betyder at forme eller skabe.

»Det passer godt med vores forretningsstrategi at være med i udviklingen af kemikalier, der kan erstatte petroindustrien,« siger Sven Pedersen, der er senior manager i Novozymes.

Kemikalier til plastproduktion er et højværdimarked. Det vil sige, at man potentielt kan sælge et kilo af de glukosebaserede monomerer dyrere end et kilo brændstof - en teknologi, som Novozymes ellers også har stor ekspertise indenfor.

»Det vil typisk være fabrikker, der ligger tæt på en kilde til biomasse, der vil være interesserede i at investere i anlæg til fremstilling af kemikalier til plastproduktion. Det er her, vi ser et potentielt marked,« fortæller Sven Pedersen.

Byggesten af glukose

Plastik - eller polymerer - er syntetiske produkter, der nemt går fra flydende til fast form og derfor kan støbes i utallige former.

Det er en alsidig gruppe af materialer, der kemisk er bygget op af lange kæder af sammenbundne molekyler (monomer). Det er disse kæder, der kaldes for polymerer. Et egnet monomer er fx ethylen, der bliver til plastikken polyethylen (som fx madkasser laves af), når de forbindes.

DTU og Novozymes gået sammen for at udvikle en metode, så man i stedet for at bruge olie kan lave plastik af sukker. (Foto: Colourbox)

Alt efter hvordan polymererne er struktureret - de kan være lineære eller danne netværk ligesom edderkoppespind - får plastikken forskellige egenskaber. Der findes derfor tusindvis af forskellige typer plastik, der egner sig til meget forskellige formål.

Den aktive glukose skal dæmpes

Typisk når man omformer olie til plastik, skal man altså bruge monomer. Råolien kommer igennem et raffinaderi, og her dannes blandt andet olieproduktet Nafta. Nafta kan brydes ned til forskellige typer af monomerer.

For at lave plastik af glukose skal de danske forskere derimod bruge kemikaliet 5-hydroxymethylfurfural (HMF) for at danne egnede monomerer. Det får de ved at spalte vandmolekyler fra glukosen, som så danner andre forbindelser.

Glukose er et meget aktivt stof, der kan lide at gå i forbindelse med mange andre stoffer. For at fremstille HMF var forskerne derfor nødt til at finde katalysatorer, der kunne dæmpe denne trang til at reagere ukontrollabelt for at sikre, at slutproduktet blev HMF.

Det er faktisk den modsatte proces, der sker i olie, der har svært ved at gå i forbindelse med andre stoffer, og derfor skal have tilsat en katalysator for at fremprovokere en reaktion.

Fra kemikalie til byggesten

Næste skridt er at finde en metode til at danne en egnet monomer ud af HMF. For at nå hertil skal forskerne bruge katalysatorer, der kan omdanne HMF. Målet er at danne monomeren FDA (furan-dicarboxylsyre), som er en byggesten egnet til plastik.

Selvom forskerne har fundet frem til de rigtige katalysatorer, er der endnu et stykke vej, før den første plastik kan komme på markedet.

»Vi har på nuværende tidspunkt fremstillet 700 g af FDA monomeren og er derfor ved at indgå i samarbejde med partnere i plastikindustrien, der kan afprøve vores polymer-byggesten,« fortæller Sven Pedersen fra Novozymes.

Dette samarbejde skal resultere i udviklingen af nogle plastiktyper, der kan erstatte den plast, der i dag bruges til fx plastikflasker og tøjfibre.

Og så går arbejdet ellers ud på at finde metoder til at fremstille FDA i tons frem for gram. 

Bioplast giver et naturligt CO2-kredsløb  En verden uden plastik ville betyde farvel til engangssprøjter, køleskabe og bærbare computere. Fordelene ved plastik er så store inden for mange områder, at det ikke er til at komme uden om. Vi har brug for plastik til at opretholde vores levestandard. Der er masser af organisk materiale, f.eks. halm, som må sorteres fra ved fødevareporduktion. Det kan bruges til fremstilling af plastik. (Foto: Colourbox)    Når det gælder klimaet, har plastik stor indflydelse. Både positivt og negativt. Der er rigtig mange plastikmaterialer, der har gjort transport og produktion lettere og mere effektiv og dermed sparer brændstof. Vindmøller og solceller kan laves af plastikmaterialer og er dermed med til at øge indvindingen af bæredygtig energi. Men omvendt er plastikkens råstof fossile brændstoffer, der, når det hentes op fra undergrunden og forbruges på jordens overflade og forbrændes, frigiver CO2. Plastik fabrikeret af biomasse vil derimod kunne indgå i jordens naturlige cyklus. At benytte biomasse som erstatning for fossile ressourcer er ind imellem kontroversielt, fordi der opstår tvivl om, hvorvidt jorden rummer nok biomasse til at brødføde jordens befolkning og samtidig bruges som råstof. »Jeg er overbevist om, at det at bruge biomasse til plastikproduktion er vejen frem. De mængder, der er behov for for at fremstille kemikalier til plast, er slet ikke lige så enorme som de mængder, der bruges på at fremstille brændstoffer,« siger John Woodley fra DTU Kemiteknologi. Til sammenligning bruger man i dag 4 procent af råolien til at producere plastmaterialer, mens diesel og fyringsolie står for ca. 70 procent og benzin ca. 12 procent. Nok med biomasse Også i Novozymes mener man, at der er tilstrækkelig med biomasse til at dække verdens behov for både fødevarer og organiske kemikalier. Og biomasse er en nødvendighed, hvis verdens plastikprodukter skal laves af andet end fossile råstoffer. VIDSTE DU  Paradoksalt nok bestod plastikkens forfader celluloid netop af biomasse. Celluloid blev fremstillet første gang i 1862 af forædlet bomuld behandlet kemisk med salpetersyre. Det blev brugt til kamme, briller, knapper og legetøj, men blev fortrængt efterhånden som mere praktiske oliebaserede plastikpolymerer blev udviklet. »Hvis vi skal fremstille kemikalier til plastindustrien uden at bruge olie, har vi ingen alternativer. Vi kan kun bruge biomasse. Og når vi dyrker korn og andre fødevarer, vil der være en masse organisk materiale, fx halm, som må sorteres fra, og det kan fint bruges til at fremstille kemikalier,« fortæller Sven Pedersen fra Novozymes. Ifølge en rapport fra EU's Institute for Prospective Technological Studies vil man udlede et til fire kilo mindre CO2eq per kilo glukose-plastik, end hvis man fremstiller et kilo konventionel plastik. Eftersom det samlede forbrug af plastik i verden løber op på ca. 250 mio. ton årligt, er der en pæn CO2-reduktion at hente, hvis blot 10 procent af det samlede forbrug kan komme fra biomasse frem for olie.

 

Reference og links
John Woodleys profil Novozymes Læs også på videnskab.dk: Er olietoppen nået? Mere olie med nanoteknologi  Put dit affald i tanken Danskerne vil gerne betale for mere miljø Halm udnyttes bedst i bilens motor