Plastics No More: Onderzoek naar duurzame plastics

De centrale vraag van dit promotietraject is: Hoe kan de PHA productiecyclus geoptimaliseerd worden met behulp van biologische technieken?

Afvalplastics vormen een groot, wereldwijd probleem en brengen schade toe aan het milieu en onze gezondheid. Daarom is het belangrijk dat we duurzame plastics van hoge kwaliteit gaan produceren. Echter is de productie van duurzame plastics - en specifiek de productie van PHA's uit micro-organismen - duur in vergelijking met de productie van conventionele plastics. De hoge kosten komen door een relatief lage opbrengst, langzame microbiële groei, en gecompliceerde extractie en opwerking van PHA uit de micro-organismen. Daarom moeten de productie- en zuiveringsmethodes van PHA verbeterd worden, zodat we een constante hoge kwaliteit plastics kunnen produceren die voldoet aan de marktvraag.

Het doel van dit project is het produceren van PHA's op een volledig groene en rendabele manier, met eigenschappen die voldoen aan criteria voor verschillende toepassingen. Zo worden PHA's een reële concurrent van conventionele plastics.

Het promotieonderzoek leidt tot meer kennis over het productieproces van PHA. Dit leidt tot verschillende deelresultaten:

• Het uitbreiden van de database van het project 'Circulaire Biopolymeren Waardeketens' met biologische productie-data. Om in de toekomst te kunnen anticiperen op de vraag naar specifieke PHA's, wordt in kaart gebracht wat de invloed is van verschillende condities op de PHA-productie en PHA-samenstelling.
• Het ontwikkelen van een milieuvriendelijk alternatief voor de extractie en zuivering van PHA uit bacteriecellen. Op het moment zijn organische oplosmiddelen en veel energie nodig voor dit proces. Onderzocht wordt of er een groener alternatief is op basis van enzymatische extractie.
• Het ontwerpen van bacteriestammen die via autolyse (zelfvernietiging van de cel) de biopolymeren vrij kunnen maken uit de cellen. Onderzocht wordt of de PHA's na autolyse van de bacteriën met behulp van enzymen uit de celsuspensie gehaald kunnen worden.

Bioplastics hebben veel voordelen ten opzichte van conventionele, fossiele plastics. In de eerste plaats zorgen fossiele plastics voor veel afval, wat een negatief effect heeft op het milieu en onze gezondheid. Verder worden de fossiele grondstoffen voor de productie van conventionele plastics steeds schaarser, terwijl de vraag naar plastics blijft groeien. Bioplastics zijn biologisch geproduceerd en bioafbreekbaar, waardoor het onderdeel kan worden van een gesloten keten. Het gebruik van bioplastics ondersteunt daarom de transitie naar een biobased economie.

Naast deze belangrijke voordelen is er nog groot pluspunt: het specificeren van de eigenschappen is bij bioplastics makkelijker dan bij fossiele plastics. Door enzymatische en chemische modificatie van PHA kunnen er functionele groepen aan de polymeren gehangen worden. Denk hierbij aan antibiotica, of moleculen die de hydrofobiciteit van de polymeren controleren.

Aangezien de kennis over PHA's nog beperkt is, kan de Hanze met dit project een groot verschil maken in de toepassing van PHA's op grotere schaal. Als de consistente hoge kwaliteit van de productstroom gewaarborgd kan worden is de Hanze de eerste die dit kan leveren aan de markt.

Noëlle promoveert onder Prof. Dr. Gert-Jan Euverink, hoogleraar Biotechnologie voor Biobased Producten aan de Rijksuniversiteit Groningen. De kennis en artikelen die voortkomen uit dit promotietraject sluiten aan bij het onderzoek dat wordt uigevoerd bij de RUG. Het fundamentele werk van de RUG wordt toegepast in de praktijk door het onderzoek van de Hanze. Zo wordt het gat tussen fundamentele vindingen en de praktijk gedicht en blijven ideeën niet alleen ideeën. 

Bovendien roept praktisch onderzoek ook weer vragen op bij fundementeel onderzoekers. Kennis en ervaringen uit de praktijk kunnen gebruikt worden voor vervolgonderzoek bij universiteiten of andere kennisinstellingen.