Duurzame verpakking van moerasplanten

Veenmos, riet en andere moerasplanten worden al gebruikt als bouwmateriaal, diervoeder en voedsel. Door hun lagere ligninegehalte zouden veenplanten echter ook een aantrekkelijk alternatief kunnen zijn voor hout als grondstof voor duurzame papierverpakkingen. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging (IVV) hebben in haalbaarheidstests aangetoond dat moerasplanten een groot potentieel hebben voor de productie van vouwdozen, trays en dergelijke.

Het belangrijkste bestanddeel van papier is de grondstof hout. Tegen de achtergrond van sterk stijgende marktprijzen en een hoog importquotum voor houtgrondstoffen worden alternatieve grondstofbronnen steeds belangrijker voor de productie van papieren verpakkingen. Dit bracht onderzoekers van het Fraunhofer IVV in Freising en Dresden ertoe om het potentieel van moerasplanten zoals riet, zegge en kanariegras voor duurzame verpakkingen te onderzoeken en overeenkomstige productieprocessen te testen. Dit deden ze in het “PALUDI” project. Het project maakt deel uit van het Fraunhofer Initiative for Biogenic Value Creation and Smart Farming. Het is gefinancierd door het Federale Ministerie van Onderwijs en Onderzoek, het Beierse Staatsministerie van Economische Zaken, Regionale Ontwikkeling en Energie en het Ministerie van Wetenschap, Cultuur, Federale en Europese Zaken van Mecklenburg-Vorpommern.

Moersplanten

De moerasplanten worden voor het project specifiek gekweekt in vernatte vennen en hoogvenen. In de toekomst zullen veenplanten meer ruimte krijgen. Dit komt omdat de EU Restoration Act van februari 2024 bepaalt dat ten minste 30 procent van het areaal aan bossen, grasland en wetlands opnieuw moet worden bevochtigd en hersteld. Dit wordt ook wel paludicultuur genoemd. “Dit verwijst naar het cultiveren van natte heidegebieden met aan de locatie aangepaste plantensoorten. Het helpt veen- en moerasgebieden te behouden. En het draagt bij aan klimaatbescherming omdat het de CO2-uitstoot minimaliseert. Nog een reden om er meer onderzoek naar te doen,” zegt Fabian Kayatz, die het project leidt bij het Fraunhofer IVV.

Laag ligninegehalte

Vergeleken met hout worden riet en andere moerasplanten gekenmerkt door een lager ligninegehalte. Dat betekent dat er minder chemicaliën nodig zijn bij het afbreken van de plantenvezels om een vezelkwaliteit te verkrijgen die voldoende hoog is voor verpakkingstoepassingen. Dit was het resultaat van de chemische karakterisering van paludiculturen uit de Freisinger Moos. Afhankelijk van de plant bereikten ze een ligninegehalte tussen 20 en 23 procent. Vergeleken met zacht- en hardhout was het ligninegehalte van het geoogste materiaal respectievelijk 25 en 15 procent lager. “Hoe minder lignine aanwezig is, hoe lager het gebruik van zuren of logen tijdens bijvoorbeeld chemische pulping. En hoe stabieler er zich een vezelnetwerk vormt”, legt de onderzoeker uit. Bovendien heeft pulp gemaakt van deze plantenvezels betere mechanische eigenschappen dan pulp gemaakt van andere stropulpsoorten zoals maïs of bamboe.

Vezelpulpprocessen

Bovendien is lignine van niet-lignificerende planten gemakkelijker te extraheren of te scheiden van de vezels. Dat betekent dat pulpprocessen, zoals alkalische sodapulp, minder energie-intensief zijn dan conventionele papierproductie uit hout. In het in het project ontwikkelde pulpproces, dat werd getest op riet en overgebracht naar andere paludiculturen, konden de onderzoekers werken met temperaturen onder 100 °C. De waarden zijn tot 45 procent lager dan de laagste waarden voor chemische vezelpulpprocessen. Ze vereisen dus minder energie. Afhankelijk van de ingestelde parameters was het Fraunhofer IVV-proces in staat om tot 83 procent van de lignine te extraheren.

Pulpopbrengst

“Na het oogsten van de moerasplanten kon de verkregen biomassa op industriële schaal verder worden verwerkt in de pulpfabriek. Daar zou dan pulpproductie plaatsvinden door de plantenvezels af te breken,” aldus de onderzoeker. Hij legt de eerste processtappen voor verpakkingsproductie uit, hoewel het project nog op laboratoriumschaal werkte. Afhankelijk van de instelling van de gecombineerde parameters bedroeg de pulpopbrengst tot 53 procent, wat binnen het verwachte bereik ligt voor conventionele chemische processen.

Eenvoudige verwerking

Verdere tests toonden aan dat het geproduceerde vlakke vezelgietpapier gemakkelijk te verwerken is. De treksterkte van de platte gegoten vezelmonsters was aanzienlijk hoger dan die van het referentiemonster, dat de vorm had van een eierdoos. De toevoeging van additieven zoals zetmeel en lijmmiddelen verhoogde de treksterkte en elasticiteit en de waterafstotende eigenschappen van het papier. Bovendien bleek het uit paludiculturen geproduceerde papier geschikt te zijn voor verwerkingsprocessen zoals vouwen, lijmen en bedrukken.

Innovatieve verpakking voor de non-food sector

Met behulp van vezelgiet- en dieptrekprocessen konden de onderzoekers stabiele papieren potten en schalen van rietvezels produceren zonder additieven te gebruiken. De onderzoekers ontwikkelden laboratoriumfabriek speciaal voor de productie van deze verpakkingsdemonstratiemodellen. “Het potentieel van moerasinstallaties voor de productie van innovatieve, biogebaseerde verpakkingen is enorm. Dit konden we laten zien met onze succesvolle ontwikkeling van grondstofbesparende processen voor pulpproductie. Het milieuaspect is erg belangrijk voor ons. We ondersteunen het voortbestaan van onze veengebieden, bijvoorbeeld door landbouwgrond opnieuw te bevochtigen en te gebruiken voor paludicultuur,” vat de onderzoeker samen. Er zijn echter nog verdere optimalisatiestappen nodig om de productie op industriële schaal te kunnen omzetten en consumentvriendelijke verpakkingen voor consumptiegoederen te ontwerpen. Bijvoorbeeld wat betreft de sensorische perceptie of de coating van het materiaal. In eerste instantie is het de bedoeling om verpakkingen te produceren voor de non-foodsector, zoals cosmetica, logistiek en kantoormateriaal.

Bron: Fraunhofer

Openingsfoto : Duurzame verpakking gemaakt van moerasplanten (foto: Fraunhofer IVV)

Lees ook: Lijm gemaakt van veren