Polimery z odpadów owocowych służą za biodegradowalne materiały opakowaniowe
Jedną z odpowiedzi na wykorzystywanie tworzyw sztucznych w roli opakowań są materiały biodegradowalne, które już od wielu lat są dostępne na rynku, a ich udział nieustannie rośnie. Istnieją jednak poważne ograniczenia uniemożliwiające ich szersze zastosowanie w roli opakowań na żywność, ponieważ materiały te nie stanowią wystarczającej bariery chroniącej przed przenikaniem pary wodnej, tlenu i zapachów. W ramach finansowanego ze środków UE projektu HyperBioCoat zajęto się tym problemem, opracowując i testując nowe, biodegradowalne, hybrydowe powłoki organiczno-nieorganiczne do stosowania w opakowaniach żywności, kosmetyków i wyrobów medycznych. „Opracowaliśmy materiał powłokowy na bazie biopolimerów pozyskiwanych z biomasy lignocelulozowej poprzez połączenie ich z materiałami klasy bioORMOCER®”, mówi koordynator projektu Stefan Hanstein z instytutu Fraunhofer IWKS. Powłoki bioORMOCER® to biodegradowalne i oparte na materiałach organicznych rozwiązanie opracowane przez dział badań nad krzemianami Instytutu Fraunhofera.
Biopolimery z resztek jabłek
Członkowie konsorcjum badali biodegradowalne powłoki barierowe do zastosowania w materiałach opakowaniowych z tworzywa sztucznego, w których biopolimery otrzymywane są z włóknistych resztek po owocach (lignoceluloza). Według Hansteina: „Jednym z największych wyzwań w ramach projektu było znalezienie odpowiednich resztek po owocach do ekstrakcji lignocelulozy i modyfikacja hemicelulozy w celu uzyskania pożądanych właściwości”. W roli surowca dobrze sprawdziły się również depektynizowane wytłoki z jabłek (główne odpady stałe powstające w zakładach produkcyjnych podczas wytwarzania cydru i soków jabłkowych). „Opracowany proces łączy w sobie ekstrakcję i częściową hydrolizę (wzmożoną ekstrakcję). Dostarcza on 1 kg polimeru węglowodanowego z 25 kg suchych wytłoków, z możliwością podwojenia jego wydajności”, wyjaśnia Hanstein. Badacze zbadali również możliwe zastosowania przemysłowe dla innych rodzajów resztek z owoców, takich jak wytłoki jagodowe i łupiny kakaowe, w nowych systemach produkcji żywności i przemyśle biotechnologicznym. Zaprezentowali oni proces chemicznej modyfikacji polimerów węglowodanowych, który prowadzi do osiągnięcia wymaganej zgodności z lakierem. „Udowodniło to łatwość nakładania nowej organicznej i biodegradowalnej powłoki polimerowej. Na skalę przemysłową zaś toruje to drogę do dalszego zastosowania w przemyśle”, komentuje Hanstein. Następnym krokiem było dostosowanie powłoki barierowej do różnych materiałów nośnikowych, w tym elastycznych i sztywnych podłoży biopolimerowych, a także przeprowadzenie testów w zakresie zastosowań w opakowaniach. Według Hansteina: „Podejście to poprawia właściwości materiałów opakowaniowych oraz organicznych materiałów nadających się do recyklingu poprzez zastosowanie biodegradowalnej powłoki barierowej”.
Zmniejszenie oddziaływania na środowisko
Produkcja butelek na kosmetyki na bazie wosku wzmocnionego włóknami weszła na poziom przemysłowy, dzięki czemu materiał ten jest zgodny z procesami formowania wtryskowego. Hanstein mówi: „Firma partnerska projektu, Stefanski Design, zaczęła stosować odlewanie z wylewaniem, ręczną metodę produkcji prototypów dla wiodącego, luksusowego ośrodka odnowy biologicznej w Hiszpanii. W ramach projektu HYPERBIOCOAT przeprowadzono dalszy rozwój materiału podstawowego, który jest obecnie zgodny z metodą produkcji wtryskowej na większą skalę”. Partnerzy projektu zaprezentowali również nowe urządzenie do ekstrakcji chudej biomasy, które można instalować w małych agrobiorafineriach. Urządzenie to ma wiele zastosowań, od dostarczania specjalnie dostosowanych surowców do procesów fermentacyjnych (na przykład biogazu) i nowatorskich systemów produkcji żywności, takich jak hodowla owadów, po dostarczanie wyciągów ziołowych ze związkami biologicznie czynnymi, takimi jak naturalne środki przeciwdrobnoustrojowe. Projekt HYPERBIOCOAT przynosi korzyści dla środowiska naturalnego dzięki mniejszemu śladowi węglowemu i ochronie zasobów naturalnych. Łańcuch dostaw nie wymaga dodatkowych obszarów na potrzeby uprawy roślin ani dodatkowego zaopatrzenia w wodę, nawozy lub pestycydy. Ponadto przemysł przetwórstwa spożywczego skorzysta z nowego łańcucha wartości dla swoich zasobów materiałów włóknistych. „Zaletą użycia tych resztek jest to, że nie stanowią one konkurencji dla produkcji pasz i żywności oraz są zasobnym surowcem do produkcji kompostowalnych, jak również nadających się do recyklingu materiałów opakowaniowych z tworzywa sztucznego”, zauważa Hanstein. Projekt HYPERBIOCOAT otrzymał finansowanie w ramach wspólnego, partnerskiego konsorcjum publiczno-prywatnego między UE a Wspólnym Przedsięwzięciem na rzecz Bioprzemysłu.
Słowa kluczowe
HYPERBIOCOAT, opakowanie, polimer, biodegradowalny, lignoceluloza, hemiceluloza, ślad węglowy
