Forskere opfinder ”byg-plastik” som er 100 procent nedbrydeligt i naturen

BygDet findes som kæmpe øer i havene og mikroskopiske partiklen i vores kroppe. Plastik bruges i stor stil i alt fra emballage til tøj, fordi det er holdbart, let at forme og billigt. Men plastik har en grum bagside. Det forurener naturen, er svært at genbruge og fremstillingen udleder mere CO2 end den samlede flytrafik.  

Men nu har forskere fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet opfundet en ny type materiale lavet på modificeret stivelse fra byg, som hvis det smides i naturen nedbrydes totalt på to måneder. Materialet er lavet af naturligt forekommende plantematerialer fra afgrøder og kan på sigt bruges til eksempelvis mademballage.

”Vi har et kæmpe problem med vores plastikaffald, som vi efter alt at dømme ikke kan løse med genbrug. Derfor har vi udviklet en ny type af bioplastik, som er stærkere og kan modstå vand bedre end almindelig bioplast. Samtidig er vores materiale hundrede procent nedbrydeligt og bliver omsat til kompost af mikroorganismer, hvis det havner andre steder end i skraldespanden,” siger professor Andreas Blennow fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet.   

I dag genbruges kun omkring ni procent af vores plastik på globalt plan, mens resten enten brændes af eller ender i naturen og enorme plastiklossepladser.

Der findes allerede plastik, der er mærket som bioplast. Men det er ifølge Andreas Blennow misvisende. Fordi selvom denne type af plastik er lavet af biologiske materialer, er kun en lille del af den reelt nedbrydelig. Og dét under særlige forhold der findes i industrielle komposteringsanlæg.

”Jeg synes ikke det er et godt navn, fordi de mest almindelige typer af bioplast ikke nedbrydes nemt, hvis det smides i naturen. Det kan godt tage rigtig mange år og så bliver noget af det stadig til forurenende mikroplast. Det kræver et særligt anlæg at nedbryde bioplasten og selv derefter er det kun en mindre del af bioplastikken, der kan genavendes, mens resten ender som affald,” siger forskeren.

Stivelse fra byg og affald fra sukkerfabrikker

Forskernes materiale er det, der kaldes et biokompositmateriale som betyder, at det er lavet af flere forskellige stoffer og kan nedbrydes naturligt. Hovedingredienserne i materialet hedder amylose og cellulose og findes mange steder i planteriget. Amylose udvindes af mange af vores afgrødes såsom majs, kartofler, hvede og byg.

Forskerholdet har stiftet en spinoff-virksomhed lavet i samarbejde med forskere på Aarhus Universitet. Her har de udviklet en bygsort som producerer ren amylose i kernerne. Og det er vigtigt, da den rene amylose er langt mindre tilbøjelig til at blive til melklister i mødet med vand sammenlignet med almindelig stivelse. Cellulose findes som et kulhydrat i alle planter, og vi kender det især som fibre fra bomuld og fra papir som laves af træ.

Den cellulose som forskerne bruger er en såkaldt nanocellulose og kommer fra sukkerroer. I dag er det et spildprodukt fra danske sukkerfabrikker der ender som affald. Men for forskerne er det en vigtig ingrediens i deres materiale.  Fibrene i nanocellulose er nemlig 1000 gange mindre end de fibre, vi kender fra fx hør og bomuld og bidrager med mekanisk styrke.

”Både amylose og cellulose danner lange stærke kæder med deres molekyler, som ved at blande dem sammen har gjort os i stand til at lave et holdbart og fleksibelt materiale, der potentielt kan bruges som indkøbsposer og emballage til de varer, vi i dag pakker ind i plastik,” siger Andreas Blennow.     

Produktionen af det nye biomateriale foregår ved enten at opløse råvarerne i vand og blande dem sammen eller gennem en opvarmning under tryk. Derefter får man en masse små ’piller’ eller stykker, som kan forarbejdes og presses sammen til den ønskede form.

Indtil videre har forskerne kun fremstillet prototyper i laboratoriet, men ifølge Andreas Blennow vil det være relativt nemt at komme i gang med en produktion i Danmark og mange andre steder i verden.  

”Hele produktionskæden af amylose-rig stivelse findes allerede og der produceres flere millioner tons ren kartoffel- og majsstivelse hvert år, som blandt andet bliver brugt af fødevareindustrien. Derfor er vi sikret en nem adgang til hovedparten af vores ingredienser, hvis materialet skal fremstilles i stor skala,” siger han.

Kan måske mindske plastikproblemet  

Andreas Blennow har lige nu sammen med andre forskere en patentansøgning under behandling. Når den er gået igennem, kan det bane vejen for at starte en produktion af det nye biokomposit-materiale. For selvom der postes rigtig mange penge i at forsøge at sortere og genbruge vores plastik, tror forskeren ikke på, at det for alvor bliver en succes. Det skal snarere ses som en overgangsteknologi, indtil vi kan sige endegyldigt farvel til den fossilt baserede plastik.  

”At genbruge plast effektivt er ikke noget, man bare lige gør. De forskellige ting i selve plastikken skal skilles fra hinanden og der er meget stor forskel på den plastik der produceres, og dette skal gøres på en sikker måde sådan at der ikke er forureninger i det genbrugte plastik. Samtidig skal lande og forbrugere sortere deres plastik. Det er en kæmpe opgave, som jeg ikke tror på, at vi lykkes med. Vi skal hellere tænke i nye materialer, som kan det samme som plastik men ikke forurener kloden,” siger Andreas Blennow.

Forskeren har allerede et samarbejde med to danske emballagevirksomheder om at udvikle prototyper på bl.a. fødevareindpakning. Han tror også at materialet vil kunne bruges i eksempelvis bilindustrien til dele af den indvendige beklædning i biler. Men hvor hurtigt det går med at få byg-materialet ud på hylderne er svært at sige med sikkerhed. Forskeren spår, at det nye materiale kan blive til virkelighed inden for en overskuelig fremtid.

”Det ligger ret tæt på, at vi for alvor kan begynde at producere prototyper i samarbejde med vores forskerteam og virksomhederne. Jeg vil tro, at det er realistisk, at der bliver udviklet nogle forskellige prototyper inden for bløde og hårde emballager, f.eks. bakker, flasker og poser, i løbet af et til fem år,” slutter Andreas Blennow

Mere om forskningen:

• Forskerne fra Institut for Plante og Miljøvidenskab har stiftet spinoff virksomheden PlantCarb Aps i samarbejde med forskere lektor Kim Hebelstrup fra Aarhus Universitet for at kunne fremstille den særlige stivelse fra bygplanten.
• Forskerne samarbejder med sukkervirksomheden Nordic Sugar, som forsyner forskerne med cellulose som i dag er affald fra sukkerproduktionen og med Pond Global, som udvikler biobaserede forme, og Leaf Packaging, en nystartet virksomhed, der leverer emballagematerialer til fødevarer.
• Forskerholdet er: Jens Risbo, Andreas Blennow, Peter Ulvskov, Kim Hebelstrup, Marwa Faisal
• Studier udgivet som en del af projektet https://trace.dk/plastics/biocomposites-to-substitute-plastic:

Xu J, Sagnelli, D, Faisal M, Perzon A, Taresco V, Mais M, Giosafatto CVL, Hebelstrup K, Ulvskov P, Jørgensen B, Chen L, Howdle S, Blennow A (2021) Amylose/cellulose nanocomposites for all-natural materials. Carbohydr Polym. 253, 117277, DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.117277

Faisal M, Kou T, Zhong Y, Blennow A (2022) High amylose-based bio composites: structures, functions and applications. Polymers, 14, 1235. https://doi.org/10.3390/polym14061235

Kou T, Faisal M, Song J, Blennow A (2022) Polysaccharide-based nanosystems: a review, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, DOI: 10.1080/10408398.2022.2104209

Faisal M, Bevilacqua M, Bro R, Bordallo HN, Kirkensgaard JJK, Hebelstrup KH, Blennow A (2023) Colorimetric pH indicators based on well-defined amylose and amylopectin matrices enriched with anthocyanins from red cabbage. Int J Biol Macromol 250, 126250, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126250Get rights and content

Faisal M, Zmiric M, Kim, NQN, Bruun, S, Mariniello L, Famiglietti M, Bordallo HN, Kirkensgaard JJK, Jørgensen B, Ulvskov P Hebelstrup KH, Blennow A (2023) A comparison of cellulose nanocrystals and nanofibers as reinforcements to amylose-based composite bioplastics. Coatings, 13, 1573. https://doi.org/10.3390/coatings13091573