PROGRESS PROJECT: TOEPASSING VAN PHA UIT AFVALWATER

Transcriptie

1 PROGRESS PROJECT: TOEPASSING VAN PHA UIT AFVALWATER USER COMMITTEE MEETING Ana Mafalda Gomes, EP Bijeenkomst, 15 Juni

2 Inhoud 1. ProgRESS project 2. Consortium 3. Werkpakketten 4. WP1: Productie van PHA uit afvalwater 5. WP2: PHA als coating 6. WP3: PHA als laminaat 7. WP4: Business cases 8. Conclusies 6/20/2016 2

3 Wastewaters Fermentation Processing Cornet project - ProgRESS ProgRESS (PHA REcycling Side Stream) Period: July 2014 November 2016 Paper mill Toepassing van PHA uit afvalwater van de papier- en kartonindustrie als oppervlaktebehandeling van papiergebaseerde (voedsel-)verpakkingen

4 Consortium Deelnemer Functie Land WvP Wereld van Papier Coördinator Nederland KCPK Stichting Kenniscentrum Papier en Karton Onderzoeker Nederland ZUT/ CBIMO GCh The West Pomeranian University of Technology Association Cluster Green Chemistry Onderzoeker Associatie Polen Polen IVV Fraunhofer IVV Onderzoeker Duitsland IVLV Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung Associatie Duitsland 6/20/2016 4

5 Werkpakketten 6/20/2016 5

6 WP1 Productie van PHA uit afvalwater In een vorig project heeft KCPK op lab-schaal laten zien dat PHA productie uit afvalwater vanuit vier papierfabrieken haalbaar is. SWOT Strengths Lost het probleem van vetzuur-accumulatie in afvalwater op (hoog %COD) Verwachte besparing van miljoenen euro's (bijv. biociden, vervanging van beschadigde apparatuur) Opportunities Closed-loop voor proceswater Gedeeltelijk sluiten van de applicatieloop met behulp van PHA Businesskansen voor PHA Weaknesses Concurrentie met geïmplementeerde valorisatietechnologieën voor afvalwater (bijv. biogas) Threats Regelgeving en de definitie van 'afvalwater' 6/20/2016 6

7 WP1 Huidige situatie m.b.t. productie In Nederland worstelen producenten van PHA uit afvalwater met: Verschillende partijen produceren alleen enriched biomass Geproduceerde hoeveelheden PHA zijn zeer beperkt, en de vraag hoog Gebrek aan tijd en vertraagde processen Vereisen meer financiële middelen voor de productie Vanaf juni 2015 zijn de processability proeven daarom alleen met virgin PHA gedaan. 6/20/2016 7

8 6/20/2016 8

9 WP2 PHA als coating - ontwikkeling In de productie van PHA coatings werden verschillende PHBV and PHBHB soorten geselecteerd. Om een stabiele waterige dispersie van PHA te verkrijgen kan de PHA in verschillende organische oplosmiddelen worden opgelost. De beste organische oplosmiddelen zijn dichloromethaan en chloroform. Om de dispersie te verbeteren werden er tijdens de ontwikkeling van de waterige dispersie van PHA organische oplosmiddelen afgedampt en werd zetmeel toegevoegd. 6/20/2016 9

10 g/m2/day WP2- PHA als coating - verbetering Water Vapor Transmission Rate Lab-schaal resultaten 390,7 PHA films waren stijf en broos. 191,7 263,5 319,6 302,5 CVG Basepaper PE A 100 CVG Basepaper PROEF Si-Base B 80 PHA coatings vertoonden een significante verbetering in WVTR. 90,8 79,3 80,3 Ref Slechte OTR resultaten (overschreden maximum) De beste coating dispersie (PHBV) werd verbeterd voor de fysieke en barrièreeigenschappen voor opschaling. 6/20/

11 WP2- PHA als coating Opschaling: resultaten (Roll-to-roll coater) Gebreken en pinholes verklaren de hoge OTR en WVTR 6/20/

12 WP2 - PHA als coating - problemen Mogelijke redenen: Lage drogestofgehalte van de coating; zelfs wanneer het substraat tweemaal met een gravure roller (9 g/m 2 ) was gecoat Lage viscositeit veroorzaakte snellere binnendringing en voorkwam dat PHA een gesloten film kon vormen De coating werd per ongeluk aangebracht op de ruwe kant van het papier. Het effect van de oppervlakteruwheid was niet gecompenseerd door de tweede coating laag. Viscositeit wordt verbeterd voor een tweede coating trial >> Juli /20/

13 6/20/

14 WP3 PHA laminaten In de productie van PHA films werden verschillende soorten van PHBV en PHBHB geselecteerd. Deze soorten werden op fysische, mechanische en barrière-eigenschappen getest. Soorten met de beste prestaties werden op adhesie aan papier getest -> EnmatY1000P PHBHBs hebben slechte barrière-eigenschappen, maar hogere rekbaarheid in vergelijking met PHBVs. 6/20/

15 PP ~ 500% PET ~ 300% Blending proeven met andere polymeren (PBS en PLA) PP ~ 900 cm³/m² d bar PET ~ 30 cm³/m² d bar Blends van PHBHB met PBS waren het meest veelbelovend wat betreft processability en flexibiliteit EM 40000/30%PBS Beste processability EnmatY1000P Beste barrière-eigenschappen 6/20/

16 Oxygen permeability [cm³ / m² d bar] WP3 Hoge barrière verpakking van levensmiddelen 1000 Laminate EnmatY1000P /Bio-PE tablets (blister) oil ketchup, sauces nuts, snacks Laminate EM 40000/30%PBS /Bio-PE 1 coffee instant UHT milk meat/map 0,1 0,01 vacuum isolation panels, flexible displays special, infusions-, baby food 0,01 0, Water vapour permeability [g / m² d] coffee vacuum beer PHA als O 2 barrier Bio-PE als WV barrière 6/20/

17 WP2 & WP3 Algemene conclusies voor virgin PHA Algemeen eigenschappen Coating Laminaten Zeer bros en hoog-kristallijn materiaal PHBV is het best te verwerken tot een coating Barrière-eigenschappen? PHBHB het best te verwerken tot een film Blends (PLA/PBS) zijn beter te verwerken, maar hebben slechtere barrière-eigenschappen Films met betere barrière-eigenschappen hadden slechtere verwerkbaarheid Optimal processing temperature: 170 C C Mattig O 2 barrière, beter dan PP Als papier coating en monofilm is PHA niet de juiste bio-barrière voor voedselverpakkingen, maar mogelijk wel voor andere verpakkingen. 6/20/

18 Verwerkbaarheid van recycled PHA Kunnen we iets over de verwerkbaarheid van de 'gerecyclede' PHA voorspellen? Een monster van PHA uit afvalwater werd chemisch gekarakteriseerd (HPLCanalyse) om deze te kunnen vergelijken met de geselecteerde commerciële PHA soorten die zijn gebruikt in het onderzoek. PHA version Chemical composition Molecular weight EM 5400F 3-HBA, and 5% of CA; g/mol; - Zoals PHBHB - Thermoplastisch - Crystaliniteit 50-80%, EM5400A 3-HBA and 11% of CA; g/mol EM HBA/LA - Smeltpunt 50:50, range 4% ca. of C, g/mol CA; - Verlenging: 4-40%, EM HBA - Mechanische 6%, <1% of CA, eigenschappen LA; g/mol vergelijkbaar met PP Recycled PHA sample 3-HBA, 1.5% of CA g/mol 6/20/

19 6/20/

20 WP4 Aanpak voor Business cases Desktop studie - Review van de huidige en toekomstige verwachtingen voor bioplastics in de verpakkingsmarkt Maarktvoorspellingen voor biologisch afbreekbaar bioplastics Selectie van de business cases voor: PHA coatings PHA als extrusielaminaat STEEP analyse van de business cases 6/20/

21 WP4 Desktop studie inzichten Waarde voor het verpakken van producenten / retailers: 1. Hebben een hoger potentieel van de markt in de sector groenten, fruiten en tuin. 2. Meer geschikt voor disposables en/of producten met een korte houdbaarheid. 3. Kan een voordeel zijn voor retailers wanneer het product en de verpakking samen (bijv. brood, groenten) kunnen worden gecomposteerd. 4. Belangrijkste waarde is branding en groene marketing (gecertificeerde, biologische producten...). 6/20/

22 WP4 Desktop studie - inzichten Waarde voor het verpakken van producenten / retailers: 5. Prijzen zijn nog steeds hoog, maar zullen naar verwachting afnemen op de lange termijn met een grotere concurrentie tussen producenten en diversificatie van de grondstoffen. End-of-life: 1. Consumenten zien het verschil niet altijd tussen conventionele en bio-afbreekbare kunststoffen en verkiezen recycleerbare kunststoffen misschien boven biologisch afbreekbaar. 2. Kan problemen in plastic recycling veroorzaken, maar slechts in beperkte mate in papierrecycling. 6/20/

23 WP4 - Geselecteerde business cases: PHA als coating Plantbare biologisch afbreekbare zaadjesverpakking + 0% afval + Biologisch afbreekbaar + Trend Grow-Your-Own Composteerbare verpakkingen voor (specialiteit) paddenstoelen + Lage barrière eisen + Composteerbaar / papierrecycling + Duurzamer alternatief en branding 6/20/

24 WP4 - Geselecteerde business cases: PHA als coating PHA als laminaten - Te hoge barrière vereisten voor PHA laminaten MAP voor vegetarische producten + 100% biobased en recyclebaar + Doelgroep waardeert duurzame verpakkingen + Geschikt voor kant-en-klare vegetarische producten (en nog veel meer..) 6/20/

25 WP4 Volgende stappen voor Business Cases Vul het desktop study van bioplastics Vind SMEs om de business cases samen te ontwikkelen Vind nieuwe Business case voor PHA laminaten (lagere barrière eigenschapen) STEEP analyse van de business cases Bedrukbaarheid testen van de verpakkingsmaterialen (gepland voor juli 2016 bij IGT) Conventionele inkten / bio-inkten Offset- en flexo-print 6/20/

26 VRAGEN? BEDANKT VOOR UW AANDACHT Meer informatie? Ana Mafalda Gomes KCPK/BUMAGA