Het plastic afval probleem in Indonesië

Het hele PWS is te downloaden helemaal bovenaan de pagina.

Samenvatting

In dit profielwerkstuk wordt onderzocht of polymelkzuur (PLA) traditionele plastics kan vervangen en of er zo een bijdrage geleverd zou kunnen worden aan het plastic afval probleem in Indonesië.

In de eerste deelvraag wordt beschreven wat het plastic afval probleem in Indonesië inhoudt. Er wordt op de oorzaken en gevolgen ingegaan en de ernst van het probleem wordt geschetst. Daarnaast wordt er uitgelegd waarom het land Indonesië is gekozen om dit profielwerkstuk op te richten. Indonesië is een land rijk aan zetmeel en zetmeel kan als grondstof gebruikt worden voor de productie van PLA.

Vervolgens wordt uitgelegd wat polymelkzuur is. Er wordt gekeken naar de moleculaire bouw van het molecuul en de scheikundige eigenschappen. Daarnaast wordt het afbraakproces met bijbehorende voorwaarden beschreven en worden andere toepassingen van PLA genoemd. PLA is biobased en biodegradeerbaar. Dit wordt nader uitgelegd in deelvraag 2. In deelvraag 3 wordt beschreven hoe polymelkzuur gemaakt wordt en welke nieuwe methode momenteel wordt onderzocht.

Verder in het profielwerkstuk worden de praktische eigenschappen van PLA vergeleken met vier andere plasticsoorten, namelijk PET, PP, PS en HDPE. Ook wordt gekeken of het vervangen van plastics door PLA in Indonesië mogelijk is op economisch vlak door middel van het bestuderen van het bruto binnenlandsproduct en het prijspeil. Daarbij is er onderzocht of het produceren en gebruiken van PLA in plaats van plastics wel echt beter is voor het milieu. Daarvoor wordt er gekeken naar de hoeveelheid benodigd water, benodigde grond en de CO2 uitstoot bij transport.

Voor het practicum is de afbreekbaarheid van PLA in verschillende omstandigheden onderzocht. De omstandigheden, waarin stukjes PLA zijn ondergebracht, waren erg verschillend; in aarde, onder een UV-lamp, in een warmwaterbad (55 graden Celsius), in de tuin en in water met een zoutoplossing.

Het gewicht van de stukjes PLA werd wekelijks gemeten om zo te kunnen concluderen onder welke omstandigheid PLA het snelst afbreekt.

Opzet onderzoek

Als methode van dataverzameling hebben wij observatie, namelijk het observeren van de verschillen in de afbraak van het PLA, en analyse tekst en beeldmateriaal gebruikt, aangezien wij veel bronnen in de vorm van tekst en beeldmateriaal ervoor hebben gezorgd dat wij onze data hebben verkregen.

Het soort onderzoek van dit profielwerkstuk is literatuuronderzoek en experimenteel onderzoek. Wij hebben namelijk doormiddel van informatieve literatuur de meeste deelvragen beantwoord. Het praktische deel van ons onderzoek was gebaseerd op een experiment en valt dus onder experimenteel onderzoek.

De functie van ons onderzoek is verklarend explorerend en vergelijkend beschrijvend.

We zijn tot theoretische vooronderstellingen gekomen en beschrijven verschillende soorten plastics gedurende ons onderzoek.

Zie bijlage 3 voor de onderzoeksdriehoek. Klik op de download knop boven om het hele werkstuk te zien.

Inleiding

De hoeveelheid plastic zwerfafval neemt al jaren toe en is dan ook een veelbesproken onderwerp. Plastic afval brengt namelijk veel problemen met zich mee en heeft een negatief effect op de leefomgeving van mens en dier. Om ons onderzoek af te bakenen hebben wij ons gericht op het plastic afval probleem in Indonesië; na China het land met het meest plastic zwerfafval.

Jaarlijks komt er inmiddels ongeveer 5 miljoen ton plastic in oceanen terecht. Miljoenen dieren sterven door ons plastic afval en ook de gezondheid van de mens zal door plastic, bijvoorbeeld in voedsel, negatieve gevolgen ervaren van al het plastic.

Het doel van dit onderzoek is daarom om een bijdrage leveren aan een schonere wereld door een mogelijke oplossing, plastic vervangen door PLA, te onderzoeken. Wij hebben specifiek voor PLA gekozen omdat dit plastic zowel biobased als biodegradeerbaar is en hier in het algemeen al meer over bekend is dan bijvoorbeeld het biobased en biodegradeerbare PHA

Onderzoeksvraag:

Kan polymelkzuur, een degradeerbaar kunststof uit een hernieuwbare, biologische grondstof, traditionele plastics gemaakt uit petroleumchemicaliën vervangen, waardoor een bijdrage wordt geleverd aan het oplossen van het plastic afval probleem in Indonesië?

Deelvragen:

1. Wat houdt het plastic afval probleem in Indonesië in?
2. Wat is polymelkzuur?
3. Hoe wordt polymelkzuur gemaakt?
4. Voldoet PLA aan de eisen van traditionele plastics uit petroleumchemicaliën?
   • Praktische eisen
   • Economische eisen
   • Duurzaamheidseisen
5. Kan PLA afbreken in de rivieren onder de klimaatomstandigheden in Indonesië?

Hypothese

Polymelkzuur zal door de biodegradeerbaarheid een bijdrage kunnen leveren aan het plastic afval probleem, omdat het in tegenstelling tot gewone plastics afbreekbaar is. Polymelkzuur als vervanger van plastic zal het probleem echter niet compleet kunnen oplossen, omdat de schade van plastic daar al te groot voor is en het al bestaande plastic hierdoor niet kan worden weggenomen.

Duurzaamheidsvraagstuk

Duurzaamheid gaat over het evenwicht tussen mens (people), milieu (planet) en economie (profit). In een duurzame wereld geldt dit evenwicht, zodat de aarde en grondstoffen niet worden uitgeput. Bij duurzaamheid kan de aarde op langere termijn het totaal van onze consumptie dragen, omdat de aarde en grondstoffen dus minder worden belast en kunnen er alternatieven, zoals zonne-energie in plaats van energie afkomstig van fossiele brandstoffen, worden gezocht. Duurzaamheid heeft ook betrekking op tijdsduur; als iets duurzaam is, is het lang durend of het milieu weinig belastend (bron: van Dale). De Verenigde Naties hebben, om deze duurzame wereld te bereiken, ‘sustainable development goals’ opgesteld. Dit zijn doelen die betrekking hebben op mens, milieu en economie, die voor 2030 gehaald moeten zijn. Met deze doelen willen de Verenigde Naties zorgen voor een betere leefomgeving en een duurzamere aarde. Doelen die specifiek op duurzaamheid én ons gekozen onderwerp, plastic afval, hebben zijn:

• Doel 12: verantwoorde consumptie en productie Doel 14: leven in het water
• Doel 15: leven op het land

In ons onderzoek richten wij ons op deze doelen en zullen wij proberen een bijdrage te leveren aan een duurzamere wereld.

Deelvraag 1 ‘Wat houdt het plastic afval probleem in Indonesië in?’

Het huidige plastic afvalprobleem richt zich op twee verschillende aspecten. Kunststoffen zijn onmisbaar in de huidige maatschappij en daarbij betekenen ze enorm veel voor de welvaart van de wereldbevolking. Het eerste ‘probleem’ is dat het overgrote deel van plastic wordt gemaakt van fossiele, eindige grondstoffen. Bij deze productie wordt energie gebruikt en CO2 geëmitteerd. Het tweede aspect is dat kunststofproducten relatief goedkoop zijn en als alledaags worden beschouwd. Bovendien wordt er weinig waarde aan gehecht en hierdoor worden ze vaak achteloos in de natuur gegooid. In ons profielwerkstuk richten wij ons op het probleem omtrent het plastic afval in de natuur. Doordat plastic afval wordt weggegooid komt het terecht in het milieu en dit heeft ernstige gevolgen voor mens, dier en natuur.

Oorzaken

Er zijn meerdere redenen voor het feit dat plastic vaak wordt weggegooid en dus afval wordt. Afgelopen decennia is de plasticproductie enorm toegenomen, zie figuur 1. In de afgelopen twintig jaar is de productie van plastic verdubbeld. Als men deze stijgende lijn van plastic productie doortrekt, zal men over tien jaar 800 miljoen ton aan plastic produceren (Uffelen, 2017). Volgens de Amerikaanse Universiteit van Georgia is er in de afgelopen 65 jaar 8,3 miljard ton plastic gemaakt, waarvan maar liefst de helft in de afgelopen dertien jaar geproduceerd is. (Bruinsma, 2017)

figuur 1 toename plasticproductie (Uffelen, 2017)

In het algemeen worden spullen of artikelen weggegooid omdat er geen nut of waarde meer van wordt ingezien. Plastic producten zijn vaak bedoeld voor eenmalig gebruik en worden dus snel afval. Daarbij is plastic vaak goedkoop en heeft het een minderwaardig imago. Een plastic tasje wordt bijvoorbeeld gemiddeld nog geen maand gebruikt. (Greenpeace)

Er wordt meer plastic gebruikt en daarom wordt er ook meer plastic geproduceerd en meer plastic weggegooid. Plastic komt op straat terecht, en het plasticafvalprobleem ontstaat dus, door:

• het gedrag van mensen; mensen gooien hun afval niet in de prullenbak, maar op de straat
• er is geen infrastructuur om afval weg te gooien en af te voeren

Door plastic te recyclen, zou de plasticproductie afgeremd kunnen worden. 91% van het plastic, dat wel verzameld wordt, wordt echter niet gerecycled. 40% van het plastic wordt minder dan een maand lang gebruikt, waardoor veel wordt weggegooid. (Parker, 2017)

Gevolgen

Een gevolg van de toename van de productie van plastic afval, is de toenemende hoeveelheid plastic die wordt weggegooid. De gevolgen van dit plastic afvalprobleem zijn vaak negatief.

Plastic afval in het milieu is een probleem, omdat het niet vergaat. Er is heel, heel veel en wordt steeds meer. Dit zorgt voor plastic soep in onze oceanen; een grote hoeveelheid aan plastics en microplastic drijft in oceanen en vormen deze plastic soep. Plastic soep is een oorzaak van de dood van veel zeezoogdieren en vissen. Elk jaar raken tussen de 57.000 en 135.000 zeehonden en walvissen verstrikt tussen het afval (Onbekend, Miljoenen dieren dood door afval in zee). Ook overlijden miljoenen dieren per jaar doordat ze het plastic aanzien voor voedsel. Bij een onderzoek van de Universiteit van Wageningen is bij 95% van de onderzochte stormvogels plastic in de maag aangetroffen. Het gaat om gemiddeld 0,3 gram, wat gelijk staat aan een broodtrommel vol plastic voor mensen (Bruinsma, 2017). Door plastic tot zich te nemen als voedsel krijgen deze dieren behalve plastic vaak ook giftige stoffen binnen, wat vaak de dood als gevolg heeft (Kneefel).

Daarbij komt het plastic op deze manier ook in onze voedselketen terecht. Kleine zeedieren zien bijv. microplastics als voedsel en eten dit. Vervolgens wordt het dier opgegeten door een grotere vis en eten wij deze op. De plastics komen zo in ons lichaam terecht (Onbekend, Does plastic makes us sick?).

Er worden vaak additieven gebruikt bij de productie van plastic, bijvoorbeeld weekmakers en stabilisatoren, die een laag moleculair gewicht hebben. Hierdoor kunnen ze zich gemakkelijk in ons lichaam loslaten van het plastic, waardoor de mens ernstige schade op kan lopen. Bovendien kunnen POP’s, giftige en biologisch niet-afbreekbare stoffen, zich eenvoudig hechten aan microplastic. Deze stoffen, die aan microplastic gebonden zijn, worden uit het zeewater opgenomen door bijvoorbeeld vogels of vissen en komen op die manier in onze voedselketen terecht. Hierdoor lopen wij een grote kans om deze giftige stoffen binnen te krijgen. (Eilbracht, 2015)

Waarom Indonesië?

88 tot wel 95 procent van al het plastic uit zee komt uit slechts tien rivieren. Twee van deze rivieren zijn afkomstig uit Afrika en de overige acht komen uit Azië. Het is dan ook niet vreemd dat maar liefst 86 procent van al het plastic uit de oceaan daar terecht gekomen is vanuit Azië. Ter vergelijking; slechts 0,3 procent is afkomstig uit Europa. In Azië zijn veel gebieden overbevolkt en dit, in combinatie met een gebrek aan een adequate infrastructuur, zorgt ervoor dat veel rivieren vol liggen met plastic.

Daarbij werd een enorm deel van het plastic afval in Europa naar Azië vervoerd (Onbekend, Indonesië stuurt containers met illegaal plastic afval terug naar industrielanden, 2019). Er komt zo een 4,8 tot 12 miljoen ton plastic afval in zee terecht. Uit een groot onderzoek van twee Amerikaanse instituten is gebleken dat China de grootste vervuiler is, maar Indonesië op een hoge tweede plek staat. Hierna volgen meerdere ontwikkelingslanden (zie figuur 2) (Sample, 2015).

Figuur 2 de top 20 grootste plastic vervuilers, naar aanleiding van een Amerikaans onderzoek (Sample, 2015).

Indonesië is een land rijk aan zetmeel. Zetmeel is een product dat gebruikt kan worden bij het produceren van biobased plastic en is daarom van belang voor ons onderzoek.

Indonesië is op het gebied van plastic afval een enorme vervuiler en daarom een interessant land om te onderzoeken. Daarbij wordt in Indonesië veel zetmeel gewonnen. Zetmeel kan als bestanddeel bieden voor de productie van biobased plastic. Ook PLA kan worden gemaakt met zetmeel, hier wordt meer aandacht aan besteed in deelvraag 3.

PLA is zowel biobased als biodegradeerbaar. Eerder is benoemd dat één van de grootste problemen van plastic is, is dat het niet afbreekt. PLA, gemaakt door zetmeel en afbreekbaar, kan dus een milieuvriendelijkere vervanger zijn voor normale plastics.

Dus door ‘gewone’ plastics te vervangen door deze uit zetmeelgemaakte en biodegradeerbare plastic, zou er een bijdrage geleverd kunnen worden aan het plastic afvalprobleem.

Deelvraag 2 ‘Wat is polymelkzuur?’

Polymelkzuur is een biologisch afbreekbaar plastic, opgebouwd uit monomeren. In deze deelvraag worden de verschillende soorten polymelkzuur besproken; de afbraak van polymelkzuur beschreven; de termen biobased en biodegradeerbaar uitgelegd en worden er enkele toepassingen van polymelkzuur genoemd.

Soorten polymelkzuur

De thermoplastische polymeren van melkzuur worden polymelkzuur, ook wel polylactide, genoemd. Deze structuur krijgt daarnaast ook vaak de naam PLA, een afkorting voor het Engelse woord polylactic. Er zijn meerdere soorten polymelkzuur, met elk hun eigen karakteristieke eigenschappen. Bij deze soorten wordt er gebruik gemaakt van verschillende grondstoffen, namelijk linksdraaiend of rechtsdraaiend melkzuur. Deze verschillende benamingen zijn gebaseerd op de manier hoe deze het licht breken; de optische activiteit. De stereo-isomeren zijn dus ook optische isomeren.

Het plaatje hieronder is de structuurformule van het rechtsdraaiend melkzuur L-lactide. De OH- groep wijst hierbij naar de ‘achterkant’.

Het plaatje hieronder is de structuurformule van het linksdraaiend melkzuur D-lactide. Hierbij wijst deze OH-groep naar de ‘voorkant’. D-lactide is niet lichaamseigen, maar kan wel door het lichaam worden verwerkt en uitgescheiden.

De verschillende soorten polymelkzuur ontstaan door de verschillende samenstellingen van de grondstof. PLLA (poly-L-lactide-acid) bestaat uit het rechtsdraaiend melkzuur. Links staat de structuurformule van een monomeer PLLA in een polymeerketen. Hierbij staat de n voor het aantal monomeereenheden. PDLLA (poly-DL-lactide-acid) is uit zowel het linksdraaiend als het rechtsdraaiend melkzuur opgebouwd. Bij de structuurformule hieronder staat de x voor het aantal L-lactide moleculen en de y voor het aantal D-lactide moleculen. (Thijs, 2008) (Speksnijder, 2016)

Biobased en biodegradeerbaar

Deze twee termen worden vaak onterecht door elkaar gebruikt, ondanks dat het absoluut niet hetzelfde is.

Het begrip bio afbreekbaar houdt slechts in dat de stof biologisch wordt afgebroken. De tijdsduur van dit proces, dagen, maanden of zelfs jaren, staat niet vast. De omgeving speelt een erg belangrijke rol bij dit proces. Een plastic kan in een composteerproces binnen enkele weken volledig worden afgebroken tot koolstofdioxide en water, terwijl ditzelfde plastic hier in het water of in een berm er enkele jaren over kan doen. (Holland bioplastic, sd)

De term biobased is gebaseerd op de grondstoffen waarvan het materiaal is gemaakt en zegt dus niks over de afbreekbaarheid van de stof zelf. Deze grondstoffen zijn hernieuwbaar. Voorbeelden hiervan zijn zetmeel, suiker, eiwitten, cellulose, micro-organismen en ook melkzuur. Op dit moment worden deze stoffen vooral uit aardappelen, hout, mais, en suikerriet gehaald. Dit wil niet direct zeggen dat biobased ook beter voor het milieu is. Hiervoor zal gekeken moeten worden naar de benodigde energie, het rendement en andere benodigde grondstoffen. Een ander nadeel is echter is dat de term biobased niks zegt over de afbreekbaarheid van het materiaal. De zogenaamde ‘composteerbaarheid’ van het plastic is namelijk afhankelijk van de structuur en niet van de herkomst van de grondstoffen. Als er over het begrip bio plastic wordt gesproken, is het niet altijd duidelijk of hiermee bio afbreekbaar plastic wordt bedoeld, of biobased plastic. (Onbekend, Biopolymeren, 2010)

Bioplastics kunnen worden onderverdeeld in drie verschillende groepen:

1. De eerste groep zijn de biobased plastics die composteerbaar zijn. Een voorbeeld hiervan is polyhydroxyalkanoaat, ook wel PHA. Dit plastic, in de harde vorm maar ook in de zachte vorm, zijn biobased en biologisch afbreekbaar; zowel in de bodem als in zoet en zout water. Dit plastic lijkt een goede oplossing om het huidige plastic te vervangen. In de jaren 90 is er een poging gedaan om dit product op de markt te brengen, maar dit is niet gelukt. De prijs/kwaliteit verhouding kan nog niet vergeleken worden met die van de traditionele plastics uit fossiele brandstoffen. Er wordt nog steeds veel onderzoek naar gedaan, maar toch hebben wij gekozen om ons door deze reden niet te richten op PHA. Een ander voorbeeld van deze groep is PLA, zoals hierboven al is besproken. Deze soort plastic is al verkrijgbaar op de markt en begint erg langzaam een aandeel te krijgen in onze plastic industrie.
2. De tweede groep zijn de biobased plastics die niet composteerbaar zijn. Voorbeelden hiervan zijn bio-polyamide (bio-PA), bio-polyethyleentereftalaat (bio-PET) en bio- polytrimenthyleentereftalaat (bio-PTT). Deze plastics zijn opgebouwd uit biobased materialen, maar kunnen niet onder natuurlijke omstandigheden worden
3. De laatste groep zijn plastics die biologisch afbreekbaar zijn, maar niet biobased. Hiervoor wordt olie als grondstof gebruikt. Een voorbeeld hiervan is polycaprolactone (PCL). (Langejan, 2016) (Duurzaambedrijfsleven, 2019) (Onbekend, 2018)

Afbreken

PLA is een biologisch afbreekbaar plastic. Dit betekent echter niet dat dit plastic automatisch in elke omgeving wordt afgebroken. Er zijn meerdere factoren waar de afbreekbaarheid vanaf hangt, zoals temperatuur, tijd en de aanwezigheid van bepaalde bacteriën en schimmels. (Zee, 2017)

Het afbraakproces van het zuivere polymelkzuur zelf wordt hydrolyse genoemd. In het polymeer van melkzuur worden de esterverbindingen verbroken. Het watermolecuul dat wordt opgenomen, zorgt ervoor dat aan de uiteindes van de (verbroken) ketens weer een carboxylaat- (-COOH) en een hydroxylgroep (-OH) groep bevatten. Dit kan op twee verschillende manieren. De eerste manier is massale erosie. Hierbij wordt de keten steeds in het midden doorbroken en ontstaan er steeds meer, kleinere ketens, totdat alleen het monomeer van melkzuur overblijft. Het polymeer is pas opgelost als het polymelkzuur volledig is omgezet in monomeren. Wanneer polymelkzuur wordt opgelost is er dus langere tijd geen reactie merkbaar, voordat de stof oplost. De tweede manier is oppervlakte erosie. Bij deze methode breekt het polymeer vanaf de buitenkant af. (Thijs, 2008) (Langejan, 2016)

Toch is de afbraak in de praktijk ingewikkelder. De afbreekbaarheid van het plastic hangt ook sterk af van de additieven of organische vulstoffen die aan het plastic worden toegevoegd, zodat het bruikbaar is voor consumptie. Bij industriële compostering kan het plastic binnen zes maanden biologisch afbreken, door de gecontroleerde omstandigheden en hogere temperaturen. In de buitenlucht duurt dit proces minimaal een jaar of zelfs meerdere jaren. Vooral in koud zeewater met weinig micro- organismen worden materialen moeilijk afgebroken. De afbraak van PLA heeft een thermische activering nodig. Deze temperatuur is meestal hoger dan 50°C. PLA is dus composteerbaar in industriële installaties, maar wordt niet afgebroken bij thuiscompostering. (Onbekend, 2020)

Bij het afbreken van het plastic zijn twee processen van belang; biologische afbraak en desintegratie. Als het plastic biologisch wordt afgebroken, vinden deze twee processen beiden plaats. Met desintegratie wordt het fysiek uiteenvallen in kleine deeltjes, meestal microscopische deeltjes, bedoeld. Hierbij zijn omgevingsfactoren zoals wind, bacteriën en UV-straling vaak van belang. Na dit proces lijkt het materiaal met het blote oog te zijn verdwenen, maar het de stof is nog niet afgebroken. Het begrip biologische afbraak betekent dat het materiaal door middel van een chemische reactie samen met zuurstof en waterstof wordt omgezet in water (H2O) en gassen zoals koolstofdioxide, methaan (CH4) en nieuwe biomassa’s. Om deze reactie plaats te laten vinden zijn, zullen er micro- organismen, voldoende O2, en H2O aanwezig moeten zijn.(Rijksdienst, sd)

Andere toepassingen

Oorspronkelijk werd PLA vooral gebruikt voor medische toepassingen, omdat de kostprijs namelijk meer dan 50 euro per kilogram was. Ter vergelijking, de prijs van high density polyethyleen, een materiaal waar veel buizen van gemaakt worden, is minder dan 1,50 euro per kilogram. Denk bij deze medische toepassingen aan inwendig hechtdraad, implantaten en een soort kunsthuid. De chemische eigenschappen van het polymelkzuur zijn gunstig om dit materiaal te gebruiken in de medische wereld. De stof polymelkzuur is een schakeling van melkzuur, een biocompatibele stof. Dit betekent dat de samenstelling van dit materiaal de omgeving niet beschadigt en in dit geval zelfs lichaamseigen is. Als polymelkzuur in redelijke hoeveelheden in het lichaam aanwezig is, zal het lichaam deze stof niet afstoten maar zelf afbreken tot melkzuur. Dit melkzuur kan vervolgens gemakkelijk worden afgevoerd, samen met het melkzuur dat bij bijvoorbeeld anaerobe dissimilatie of verzuring van de spieren vrijkomt. (Velthuijsen, 2001)

Polymelkzuur is daarom een geschikt materiaal voor ‘drug delivery systems’. Dit zijn kleine bolletjes van ongeveer 50 µm groot die een bepaald medicijn bevatten. Het polymelkzuur is niet direct te gebruiken voor deze toepassing. Eerst zal de stof opgelost moeten worden in dichloormethaan, waarna er gedemineraliseerd water samen met enkele andere stoffen worden toegevoegd. Het proces van het vrijkomen van het medicijn, is te beïnvloeden aan de hand van de ketenlengte van het polymeer. Het polymeer kan zo worden aangepast dat het bijvoorbeeld na twee dagen oplost.

Bij hechtdraad wordt gebruik gemaakt van het polyester PLGA (polylactic-co-glycolic acid), omdat deze structuur erg flexibel is. Deze stof lost goed op in het lichaam, door middel van het proces hydrolyse. Dit hechtdraad wordt daarom vaak inwendig gebruikt, bijvoorbeeld bij het hechten van organen. Buiten het lichaam kan geen hydrolyse plaatsvinden, waardoor enkel de helft van de hechting oplost. Hierdoor kan de hechting wel gemakkelijk worden verwijderd, maar is deze variant geen geschikte oplossing om het plastic afvalprobleem op te lossen. (Molenveld, 2011) (Knoop, sd)

Tegenwoordig is er meer PLA verkrijgbaar en tegen een aantrekkelijkere prijs voor andere toepassingen. Het PLA wordt gebruikt voor verpakkingsmaterialen (voor bijvoorbeeld snoep, groenten, fruit, vlees en zuivel) en disposables. Dit zijn producten die zijn gemaakt voor eenmalig gebruik, zoals drinkbekers en flesjes. (Christophe, 2019)

Deelvraag 3 ‘Hoe wordt polymelkzuur gemaakt?’

De productie van polymelkzuur uit biomassa bestaat uit drie stappen. Bij de eerste stap worden de koolhydraten uit maïs of aardappelen omgezet in glucose. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het enzym α-amylase. Vervolgens wordt in grote gistingsvaten de glucose omgezet in melkzuur. Om dit proces sneller te laten verlopen wordt er gebruik gemaakt van verschillende bacteriën. Dit proces wordt ook wel ‘fermentatie’ genoemd. (Gutierrez, 2020)

Bij de derde stap worden de melkzuurmoleculen omgezet in korte ketens polymelkzuur. Dit proces wordt polycondensatie genoemd, omdat de stof hierbij met zichzelf reageert en er een watermolecuul afsplitst. (Thouars, 2018)

Het monomeer melkzuur bevat zowel een carboxylaat- (- COOH) als een hydroxylgroep (-OH), waardoor verschillende monomeren met elkaar kunnen reageren en veresteren. Bij deze verestering splitst de OH-groep van de ‘zuurkant’ van het monomeer af en reageert samen met het H-atoom van de ‘hydroxidekant’, waarna de overgebleven monomeren één dimeer vormen. Hierbij wordt er dus een watermolecuul gevormd. Dit proces vindt meerdere keren plaats, waardoor uiteindelijk de zogenaamde oligomeren zijn ontstaan. Het nadeel bij deze polycondensatie is dat de gevormde ketens uit maximaal 2000 tot 5000 moleculen bestaan. Dit komt omdat het niet mogelijk is om alle watermoleculen af te laten splitsen, doordat deze reactie een evenwichtsreactie is en geen aflopende reactie.

Er wordt daarom nog een extra stap uitgevoerd; een zogenaamde ringopening-polymerisatie. Door deze extra stap kan de polymelkzuurketen theoretisch gezien langer worden. Onder hoge temperaturen worden de oligomeren gekraakt. Hierbij worden bepaalde bindingen verbroken en ontstaan er opnieuw losse onderdelen. Twee van deze stukken vervormen tot een cyclo-molecuul. Dit is rechtsonder in de afbeelding hierboven te zien. Aan deze cyclo-melkzuurmoleculen worden vervolgens katalysatoren toegevoegd waardoor deze ringstructuren openbreken en de geopende moleculen aan elkaar gaan binden. Hierdoor ontstaan er lange ketens polymelkzuur, die vervolgens verwerkt kunnen worden tot korrels. (Thijs, 2008)

Onderzoekers van het KU Leuven hebben een nieuwe methode ontwikkeld waardoor het aantrekkelijker wordt om op grote schaal polymelkzuur te produceren. Bij deze methode hebben zij een vloeistof gemaakt, bestaande uit melkzuur en alcohol. Deze oplossing wordt verdampt. Dit is mogelijk bij een lager kookpunt dan melkzuur, waardoor energie wordt bespaard. Door middel van een chemische reactie worden de vrijgekomen damp samen met een katalysator weer omgezet in melkzuur en alcohol, waarbij twee melkzuurmoleculen aan elkaar zijn gebonden en samen een lactide- molecuul vormen. Aan het eind van dit proces is er een zuiver eindproduct gevormd, waarmee bioplastics met een hoge kwaliteit gemaakt kunnen worden. Professor Michiel Dusselier van KU Leuven geeft aan dat de bijproducten bij dit proces volledig recyclebaar zijn en er geen giftige oplosmiddelen worden gebruikt.

Zonder additieven is PLA niet bruikbaar voor het verpakken van watergevoelige producten voor een langere periode, zoals koekjes of brood dat in een vriezer wordt bewaard. Een verpakking dat slechts uit PLA bestaat is dus niet goed in staat om waterdamp binnen de verpakking te houden, of het product juist te beschermen voor waterdamp buiten de verpakking, omdat water het PLA afbreekt. Er worden andere materialen gebruikt, naast het PLA, om te zorgen dat het product wel waterdampbestendig is. Hiervoor kan siliciumoxide of aluminiumoxide worden gebruikt, wat het degradatieproces van PLA wel kan belemmeren.

Deelvraag 4 ‘Voldoet PLA aan de eisen van traditionele plastics uit petroleumchemicaliën?’

Praktische eisen

Plastic wordt voor honderden verschillende doeleinden gebruikt. De chemische industrie maakt dan ook verschillende soorten plastics. Deze worden onderscheiden in zeven hoofdsoorten met allemaal verscheidene eisen en eigenschappen. Het wordt te breed om PLA met alle soorten plastics te vergelijken, dus is er voor dit onderzoek gekozen om het te beperken tot 4 soorten plastics. (Onbekend, De soorten plastic, sd)

Over het algemeen wordt polyetheen het meest gebruikt als plastic. Echter, verpakkingsmateriaal wordt het meest gemaakt van PET blijkt uit een overzicht van de NVGP. PET wordt gevolgd door onder andere polyetheen, polypropeen en polystyreen. Aangezien dit onderzoek voornamelijk gericht is op zwerfafval en dit voor het grootste deel bestaat uit verpakkingsmateriaal zijn dit dan ook de soorten plastic waarmee wij de eigenschappen van PLA vergelijken. (NVGP, sd)

Bepaalde eisen van plastic liggen voor de hand. Zo is het gewenst dat plastic stevig is en dus niet zomaar afbreekt of vergaat. Vaak moet het, als het bijvoorbeeld als verpakkingsmateriaal dient, ook waterdicht zijn en niet zomaar kunnen smelten. Voor de praktische eisen hebben we gekeken naar de mechanische en fysische eigenschappen van PLA in vergelijking met de eerder genoemde soorten plastic, namelijk: polypropeen, polystyreen , HDPE (hoge dichtheidspolyetheen) en PET.

Smelttemperatuur

Het smeltpunt is het punt waarop een vaste stof vloeibaar wordt. PLA en HDPE hebben in tegenstelling tot de andere soorten plastic een smelttraject: een temperatuurgebied waarin de stof smelt. Het smelttraject van PLA dekt deels het smelttraject van HDPE en het smeltpunt van PP. De smeltpunten van PS en PET liggen echter een stuk hoger. PLA smelt dus bij een lagere temperatuur dan PET en PS. Dit houdt in dat het minder bestand is tegen de hoge temperaturen, waar PET en PS wel tegen bestand zijn.

Elasticiteitsmodulus

De elasticiteitsmodulus is een eigenschap van een materiaal die de stijfheid meet en die de rek van het materiaal onder een trekbelasting bepaalt en de compressie onder een drukkracht.

De elasticiteitsmodulus wordt bepaald met de formule: spanning/rek. PLA heeft vergeleken met de andere soorten plastics een hoge elasticiteitsmodulus. Dit houdt dus in dat er een grotere spanning nodig is om PLA even ver uit te rekken als de plastics. PLA is dus stugger.

Buigmodulus

De buigmodulus, de verhouding tussen spanning tot rek in buigvervorming, wordt bepaald op basis van de helling van een spanning-rekcurve geproduceerd door een buigproef. De buigmodulus van PLA is een stuk groter dan die van de andere plastics. PLA is dus een stijver materiaal.

Effect van Izod

Het effect van Izod wordt gebruikt voor het bepalen van de impactweerstand van materialen. Door middel van het vrijgeven van een zwenkarm wordt een gekerfd monster gebroken. De energie die wordt geabsorbeerd door het monster wordt gebruikt om de impactenergie en de kerfgevoeligheid te bepalen. Het effect van Izod op PLA is lager dan op de andere plastics, wat betekend dat de impactweerstand kleiner is en PLA dus stugger is.

Breukrek

Breukrek is de hoeveelheid lengteverandering in procenten totdat een breuk optreedt. Het is een dimensieloos getal dat de verhouding tussen de lengteverandering en de oorspronkelijke lengte van een stuk materiaal aangeeft. De breukrek in procenten van PLA is kleiner dan de breukrek van PET, HDPE en PP. Dit houdt in dat PLA veel sneller breekt dan de andere materialen, behalve PS.

Waterdoorlaatbaarheid

Zowel PET als HDPE, PP en PS hebben een zeer lage waterdoorlaatbaarheid. Hierdoor zijn deze materialen geschikt om vloeistoffen vast of buiten te houden en dienen daarom vaak als verpakkingsmateriaal.

PLA heeft echter in verhouding tot deze plastics een hoge waterdoorlaatbaarheid. Daarom is PLA zelf niet geschikt voor het verpakken van producten voor een langere periode. Om PLA tóch waterresistent te maken , worden er materialen worden toegevoegd die de permeabiliteit verminderen. Door de SiOx coating toe te passen, laten de PLA-filamenten minder water en zuurstof door. PLS wordt parallel georiënteerd. Dit betekent dat de polymeerlagen parallel aan elkaar liggen. Dit geeft een transparant effect. (Oever, 2017)

Kortom, we zien dat bepaalde eigenschappen van PLA anders zijn dan die van de momenteel gebruikte kunststoffen. Zo is PLA minder buigzaam dan de meeste andere vergeleken plastics en zal het ook sneller breken. Deze eigenschappen kunnen worden verbeterd met additieven, maar deze zijn bij dit onderzoek buitenwegen gelaten. PLA voldoet echter niet aan de eis van waterdoorlaatbaarheid; plastic wordt geacht geen water door te laten. Met behulp van de SiOx coating kan er echter wel voor worden gezorgd dat de waterdoorlaatbaarheid wordt verlaagd. Of PLA geschikt is als alternatief voor de huidige materialen zal per applicatie bekeken moet worden en zal ook afhankelijk zijn van de prijs van PLA ten opzichte van de huidige materialen. (Dorgan, 2000) (Curbell, sd) (Ishak, 2005)

Economische eisen

Het is ook belangrijk om te kijken naar de economische situatie van Indonesië. Het is van belang om te weten of het land er economisch sterk genoeg voorstaat om de overstap te maken van het traditionele, goedkopere plastic naar het duurdere maar milieubewustere PLA. Het onderzoeksbureau Gallo International Association heeft wereldwijd onderzoek gedaan naar het vertrouwen van consumenten in de economie. Hieruit blijkt dat Indonesië in 2018 op de derde plek heeft gestaan.

Andere cijfers geven ook aan dat Indonesië er dit jaar economisch goed voor staat. Het jaarverloop van het BBP (Bruto Binnenlands Product; de hoeveelheid die in een land wordt geproduceerd) is vanaf 2016 elk jaar met meer dan 5% gestegen en zal komende twee jaar met 5,6% stijgen. Dit is een gunstige ontwikkeling voor de economie. (Speksnijder, 2016) (Onbekend, 2018)

De inflatie van de consumentenprijzen, op basis van het CPI (indexcijfer consumptieprijzen), is echter afgelopen jaren elk jaar rond de +4% geweest. Volgens de meeste economen en overheden is een inflatie van 2% gewenst en ligt de inflatie in Indonesië dus enkele procentpunten te hoog. Dit is een belangrijk punt om rekening mee te houden. Als in Indonesië namelijk langzaam de overstap naar het duurdere PLA wordt gemaakt, zal een groot deel van de producten op basis van plastic in prijs stijgen. Dit zou kunnen zorgen voor een nog grote toename van het prijspeil in het land, wat grote gevolgen kan hebben op de bestedingen. Het is dus belangrijk om door middel van onderzoek de kostprijs eerst te laten dalen (IndonesieNu, 2018) (Blaauw, 2014)

Duurzaamheidseisen

De productie van PLA kan op twee manieren verlopen. De eerste manier is de productie met suiker als hoofdgrondstof (1,47 ton suiker voor 1,0 ton PLA). Hiervoor zijn twee soorten producten te gebruiken:

• 11,31 ton suikerriet, dit kost 2370 m²
• 9,19 ton suikerbieten, dit kost 1215 m²

De andere manier is de productie met zetmeel als hoofdgrondstof (1,67 ton zetmeel voor 1,0 ton PLA). Hiervoor zijn drie soorten producten te gebruiken.

• 2,39 ton mais, dit kost 2921 m²
• 9,26 ton aardappelen, dit kost 2659 m²
• 3,54 ton graan, dit kost 6468 m²

Bij de productie met suiker ontstaat er na de fermentatie 1,25 ton melkzuur. Er is dan H2O nodig en er komt CO2 vrij. Na de uitdroging komt er H2O vrij. Er blijft dan 1,0 ton lactide over, waaruit 1,0 ton PLA gemaakt wordt. Deze twee processen kosten per saldo wel veel water per ton PLA:

• PLA op basis van suikerriet kost 370.000 liter water.
• PLA op basis van suikerbieten kost 215.000 liter water.

Bij de productie met zetmeel ontstaat er na hydrolyse 1,47 ton glucose. Hierbij is er voor de fermentatiestap en de uitdroging ook H2O nodig en komt er CO2 vrij. Er blijft hier ook 1.0 ton lactide over, waaruit 1,0 ton PLA kan worden gemaakt. Dit kost per ton PLA per saldo veel meer water:

• PLA op basis van mais kost 921.000 liter water.
• PLA op basis van aardappelen kost 659.000 liter water.
• PLA op basis van graan kost 468.000 liter water.

Om in de toekomst PLA te produceren in Indonesië zijn er dus erg grote hoeveelheden water nodig. In de grootste delen van Indonesië is het niet mogelijk om dit water uit de grond te pompen. De bodem van het land is namelijk al jaren lang aan het inzakken, als het gevolg van het buitensporig veel oppompen van het grondwater. De hoofdstad Jakarta zinkt gemiddeld 1 tot 15 centimeter per jaar.

De landbouw staat hoog op de politieke agenda van de Indonesische overheid en er vindt veel ontwikkeling plaats op dit gebied. Toch is het niet zeker of het land deze hoeveelheden landbouwgrond en arbeid kan missen voor de productie van grote hoeveelheden PLA in plaats van voedsel. In dit opzicht lijkt Indonesië niet geheel voorbereid voor de grootschalige productie van PLA. (Vincken, 2016)

Om in de toekomst PLA te produceren in Indonesië zijn er dus erg grote hoeveelheden water nodig. In de grootste delen van Indonesië is het niet mogelijk om dit water uit de grond te pompen. De bodem van het land is namelijk al jaren lang aan het inzakken, als het gevolg van het buitensporig veel oppompen van het grondwater. De hoofdstad Jakarta zinkt gemiddeld 1 tot 15 centimeter per jaar.

De landbouw staat hoog op de politieke agenda van de Indonesische overheid en er vindt veel ontwikkeling plaats op dit gebied. Toch is het niet zeker of het land deze hoeveelheden landbouwgrond en arbeid kan missen voor de productie van grote hoeveelheden PLA in plaats van voedsel. In dit opzicht lijkt Indonesië niet geheel voorbereid voor de grootschalige productie van PLA. (Meer, sd)

Om toch aan de plasticvraag te voldoen zal Indonesië dus PLA uit andere landen moeten importeren, die wel deze bovenstaande grondstoffen kunnen leveren. Het nadeel ten op zichten van het zelf produceren zijn dan de transportkosten en de uitstoot die hierbij komt kijken. Uit onderzoek van Thetis MVR (Monitoring Reporting & Verification of CO2 Emissions) blijkt dat de containervaart de grootste vervuiler is van de totale zeevaart. Deze sector van 1,657 schepen heeft een totale uitstoot van 42 miljoen ton CO per jaar. Het importeren van PLA heeft dus een grote impact op het milieu en de duurzaamheid van het product

Deelvraag 5 ‘Kan PLA afbreken in de rivieren onder de klimaatomstandigheden in Indonesië?’

Het doel van ons onderzoek is om door middel van het onderzoeken van polymelkzuur, als vervanging voor plastic, een bijdrage te leveren aan wereld met minder plastic afval. Het onderzoek hebben we gericht op Indonesië. PLA is in tegenstelling tot de meest gebruikte plastics, PET en HDPE, biobased en biodegradeerbaar. Voor het praktische deel van ons profielwerkstuk hebben we dan ook gekeken naar de degradeerbaarheid van PLA en of het ook kan afbreken onder de klimaatomstandigheden in Indonesië.

Achtergrondinformatie

Het grote ‘voordeel’ aan PLA is de biodegradeerbaarheid. Als een materiaal biodegradeerbaar is, betekent dat het materiaal door micro-organismen kan worden afgebroken. Veelgebruikte plastics, zoals PET, zijn niet biodegradeerbaar. Dit is een oorzaak voor het plastic afval probleem: de grote hoeveelheid weggegooid plastic wordt niet afgebroken. Als plastics vervangen worden door PLA en PLA afbreekbaar zou zijn in natuurlijke omstandigheden, zou het dit probleem dus kunnen verhelpen. (Onbekend, 2019)

De klimaatomstandigheden in Indonesië zijn het hele jaar vrij constant. De maximale temperatuur ligt gedurende het hele jaar rond 32 graden Celsius en de minimale temperatuur rond de 23 graden Celsius. De hoeveelheid neerslag verschilt wel door het jaar heen, omdat er sprake is van een regenseizoen tussen november en april. De zee temperatuur ligt rond de 23 graden Celsius. (Onbekend, Het klimaat van Indonesië, sd)

Onderzoeksvraag

In welke omgeving wordt een stuk PLA van 2,5 bij 2,5 cm het snelst afgebroken?

Hypothese

Wij verwachten dat PLA het snelst wordt afgebroken in het warmwaterbad. Uit eerdere deelvragen blijkt namelijk dat PLA afgebroken kan worden onder invloed van voldoende water en zuurstof en bij hoge temperaturen. Wij verwachten niet dat het plastic voor een groot deel wordt afgebroken, omdat wij slechts 2 maanden de tijd hebben voor dit praktische onderzoek.

Wij verwachten daarnaast dat het PLA in de grond het minst snel zal afbreken, omdat er in de grond onvoldoende zuurstof aanwezig is om het afbraakproces van PLA op gang te brengen. Daarnaast zijn de temperaturen in de grond, zeker in deze tijd van het jaar, erg laag in vergelijking tot de ideale afbraaktemperatuur van PLA.

Later in ons onderzoek hebben wij besloten om deze stukjes PLA te vergelijken met stukjes PET. Wij verwachten dat het gewicht van deze stukjes PET hetzelfde blijft, omdat dit plastic erg lang de tijd nodig heeft om af te breken onder ‘natuurlijke’ omstandigheden.

Materiaal

• water
• bekerglas
• 2 PLA bekertjes
• 2 plastic bekertjes (PET) als vergelijkingsmateriaal
• grond
• warm waterbak op 55 graden Celsius
• watervaste stift
• UV-lamp
• weegschaal op 2 decimalen
• keukenzout

Methode

1. Knip de PLA bekertjes in 5 stukken van ongeveer 2,5 bij 2,5 cm
2. Knip de plastic bekertjes (PET) in 5 stukken van ongeveer 2,5 bij 2,5 cm
3. Meet het startgewicht van de stukjes plastic en noteer deze
4. Stop de stukken plastic in verschillende omgevingen

Wij hebben gekozen voor de volgende omstandigheden voor de proefopstelling.

1. 1. In de grond buiten. De twee stukjes zijn met een diepte van 7,5 cm ingegraven in potgrond, samengesteld uit tuinturf, turfstrooisel en klei. De gemiddelde temperatuur van de maanden gedurende het onderzoek lag tussen de 5,8 en 6,4 graden. Wij hebben voor deze opstelling gekozen om de situatie van zwerfafval in Indonesië na te bootsen waarbij het zwerfafval enkele centimeters onder de grond terecht komt.
   2. In de buitenlucht. De twee stukjes plastic zijn blootgesteld aan open lucht. De relatieve luchtvochtigheid lag gemiddeld rond de 87% gedurende het onderzoek. De gemiddelde neerslag lag rond de 71 mm per De gemiddelde temperatuur van de maanden lag tussen de 5,8 en 6,4 graden Celsius. Wij hebben voor deze opstelling gekozen om, ondanks het andere klimaat in Indonesië, om te onderzoeken hoe het PLA in de buitenlucht reageert. (Buienradar, sd)
   3. Uv-licht. De stukjes plastic zijn onafgebroken bloot gesteld aan Uv-straling. Wij hebben voor deze omstandigheid gekozen om het effect van het zonlicht op de plastics na te bootsen. Daarnaast blijkt uit eerder genoemde gegevens dat Uv-licht invloed heeft op de desintegratie proces van het plastic. De sterkte van de UV-lamp is voor ons onbekend. De ideale sterkte van het uv-licht voor het afbreken van PLA is 75 µW/lm. (Rijksdienst, sd)
   4. Warmwaterbad. De stukjes plastic zijn in een warmwaterbad Het warmwaterbad is gedurende twee periodes ingesteld op 55 graden Celsius, met een pauze tussendoor van 18 dagen. Wij hebben voor deze situatie gekozen om het plastic in de rivieren in Indonesië na te bootsen. De temperaturen in deze rivier liggen 20 tot 25 graden Celsius lager. Wij hebben gekozen voor een hogere temperatuur omdat wij versneld onderzoek wilden doen.
   5. Zoutwaterbad. De stukjes plastic hebben onafgebroken in een zoutoplossing gelegen. Het grootste percentage van het zout uit de zee bestaat uit natriumchloride. De Indische Oceaan bedraagt gemiddeld 35 gram zout per liter. Wij hebben daarom een 200ml oplossing gemaakt met 7 gram keukenzout (voornamelijk natriumchloride).

1. Meet het gewicht van de stukjes plastic 1 keer per week en noteer deze
2. Herhaal actie 5 meerdere weken achter elkaar, het liefs zo lang mogelijk
3. Analyseer de resultaten en verwerk deze in een tabel

Resultaten

Wij hebben de resultaten van de 7 weken, waarin dit onderzoek is uitgevoerd. In bijlage 1 staat de grafiek uitgewerkt. Op de x-as staat de tijd in weken aangegeven, op de y-as het gewicht van het plastic in gram. Hieronder hebben wij per stukje plastic kort de resultaten besproken. In bijlage 2 hebben wij enkele foto’s voor, tijdens en na het onderzoek staan.

1. In de grond buiten (PLA 1). Het gewicht van dit stukje plastic is zeer licht toegenomen, met in de weken 2 en 3 een kleine uitschieter naar boven. Wij denken dat dit een meetonzekerheid De toename van het gewicht verklaren wij doordat het plastic water heeft opgenomen doordat er waterstofbruggen zijn gevormd tussen de polymelkzuur moleculen en H2O moleculen. Zoals wij in onze hypothese al hadden aangegeven, is het plastic niet afgebroken of aangetast. Dit is te verklaren aan de hand van het feit dat de temperaturen erg laag waren en er weinig toevoer van zuurstof is in de bodem.
2. In de buitenlucht (PLA 2). Het gewicht van dit stukje plastic is vrijwel gelijk gebleven. Enkele data heeft het gewicht een afwijking van 0,01 gram, maar wij zien dit als een meetonzekerheid. In de buitenlucht is voldoende H2O en O2 aanwezig. Toch is het plastic niet afgenomen, door de lage temperaturen en het klimaat in Nederland.
3. Uv-licht (PLA 3). Het gewicht van dit stukje plastic is ook vrijwel gelijk gebleven, ondanks dat wij hadden verwacht dat de uv-straling het afbraak proces zou bevorderen.
4. Warmwaterbad (PLA 4). Het gewicht van het warmwaterbad is het meeste veranderd ten op zichten van de andere stukken plastic. Het gewicht nam bij de eerste meting al aanzienlijk toe. De verklaring die wij hiervoor hebben is dat het plastic veel water heeft opgenomen. Het stukje plastic trok vanaf het begin al snel krom. Een ander opvallend verschijnsel is de witte aanslag die al vanaf het begin op het plastic ontstond. Wij zijn met onze docent opzoek gegaan naar een verklaring hiervoor, maar zijn hier nog niet helemaal uitgekomen. Om erachter te komen wat deze witte aanslag kan zijn, hebben wij de PH van de oplossing, waarin het stukje plastic afgelopen weken heeft gelegen, gemeten. Wij verwachtten dat deze PH lager dan 7 zou zijn, omdat deze uitkomst zou betekenen dat er polymelkzuur is afgebroken. Dit bleek echter niet het geval te zijn. Wij hebben aan het einde van het onderzoek meerdere keren de PH gemeten en het gemiddelde bleek 8,3 te zijn. Deze verklaring hebben wij daarom op dit moment uitgesloten. Een andere verklaring kon volgens ons het loskomen van de additieven uit het plastic zijn. Het was onduidelijk voor ons welke additieven zijn toegevoegd aan het plastic bekertje die wij hebben gebruikt. De meest gebruikte additieven zijn SiO en AlO, zoals eerder in dit verslag is beschreven. Deze twee moleculen zijn amfolieten. Dit betekent dat de stof zowel als zuur als base kan reageren. Wij hebben niet kunnen achterhalen of deze deeltjes daadwerkelijk in het plastic zijn verwerkt en of ze in deze situatie als zuur of als base hebben kunnen reageren. Daarnaast is het ons niet gelukt om erachter te komen of deze stoffen nadelige gevolgen kunnen hebben voor het water in de omgeving.
5. Zoutwaterbad (PLA 5). Het gewicht dan dit stukje plastic is niet toegenomen en het stukje is niet, zoals bij het warmwaterbad, aangetast. Wij denken dat dit komt omdat het stukje plastic in water op kamertemperatuur heeft gelegen. Deze temperatuur is dus blijkbaar te laag om in deze relatief korte periode het stukje PLA aan te tasten.

Het gewicht van de stukjes PET zijn allemaal, op enkele foutieve uitschietingen naar boven na, gelijk gebleven. Wij hebben dit PET ook onderzocht voor het geval deze opvallende resultaten zou geven ten opzichten van het PLA. Dit is niet het geval geweest en daarom gaan wij hier niet dieper op in.

Conclusie

De conclusie van deze deelvraag is dat er geen omgeving is (die wij hebben nagebootst) waarin het PLA afbreekt, als er alleen rekening wordt gehouden met het gewicht van het PLA. Het PLA stukje in het warmwaterbad (PLA 4) heeft volgens ons de meeste ontwikkelingen doorgemaakt omdat hierop een witte aanslag te zien is. Daarnaast daalt het gewicht van het PLA, ondanks een eerdere stijging, aanzienlijk. Wij kunnen hieruit niet concluderen dat het PLA in deze omgeving ook daadwerkelijk het snelste afbreekt. Wij zullen komende tijd met name dit stukje PLA nog in de gaten blijven houden om alsnog tot een conclusie te komen, maar het dan niet meer mogelijk om dat in dit verslag te verwerken.

Discussie

Tijdens dit onderzoek zijn er een aantal factoren geweest die invloed konden hebben gehad op de resultaten. Ten eerste hebben wij het warmwaterbad op 50 graden Celsius ingesteld. Dit is hoger dan de gemiddelde temperaturen in de rivieren en in de zee bij Indonesië. Wij hebben bewust voor deze hogere temperatuur gekozen omdat wij versneld onderzoek wilden doen. Op deze manier hebben wij sneller en wellicht een heftiger resultaat gekregen dan wanneer wij het warmwaterbad op 25 graden Celsius zouden hebben ingesteld. Daarnaast heeft het warmwaterbad niet continu op dezelfde temperatuur aangestaan. Tijdens de kerstvakantie was het niet mogelijk om het bad te blijven verwarmen en is het daarom uitgezet. Na een pauze van twee weken zijn de plastics wel weer blootgesteld aan het water van 50 graden Celsius. Het PLA is zich echter niet anders gaan gedragen na deze korte pauze en er zijn geen nieuwe verschijnselen bijgekomen.

Een andere factor waarmee wij rekening moeten houden is dat de temperaturen, grondsamenstelling en het klimaat in Indonesië erg verschillen ten op zichten bij die van ons. Het was niet mogelijk om het klimaat van Indonesië na te bootsen, maar omdat we deze situatie wel wilden onderzoeken hebben wij voor deze manier gekozen.

Als laatste moet er rekening worden gehouden met het feit dat de zoutoplossing die wij hebben gemaakt niet hetzelfde is als de Indische Oceaan. Ondanks dat de temperatuur en de hoeveelheid zout redelijk overeen komen, was het niet mogelijk om het plastic bloot te stellen aan de organismen en planten die in dit water leven.

Conclusie

Gedurende dit onderzoek van enkele maanden hebben wij geprobeerd om een antwoord te vinden op de volgende vraag: ‘Kan polymelkzuur, een degradeerbaar kunststof uit een hernieuwbare, biologische grondstof, traditionele plastics gemaakt uit petroleumchemicaliën vervangen, waardoor een bijdrage wordt geleverd aan het oplossen van het plastic afval probleem in Indonesië?

Onze conclusie is dat zowel het PLA als het land Indonesië nog niet klaar is voor de overstap van traditionele plastics naar PLA, waardoor er een bijdrage geleverd kan worden aan het plastic afval probleem.

Ten eerste voldoet het PLA nog niet aan de huidige markteisen, waaraan het traditionele plastic uit petroleumchemicaliën wel voldoen. Zo is het plastic stijver en stugger en zal het een krakend geluid maken. Daarnaast is PLA uit zichzelf niet waterbestendig genoeg en zullen er dus additieven moeten worden toegevoegd om deze eigenschap wel te creëren. Het nadeel hiervan is dat een van de grootste voordelen van PLA, de biodegradeerbaarheid, hierdoor aangetast kan worden. Het was voor ons niet mogelijk om dit exacter te onderzoeken, dus dit zal uit ander onderzoek nog moeten blijken.

Daarnaast is Indonesië zelf nog niet klaar voor de overstap van PLA. Wij hebben dit land gekozen omdat wij het verband zagen tussen de grote productie van zetmeel, een belangrijke grondstof voor PLA, en de grote productie van plastic afval. Toch is Indonesië, volgens ons, (nog) niet in staat voor de grootschalige productie van PLA, omdat dit proces erg veel landbouwgrond en water gaat kosten. Het land kan dit, op dit moment, niet bieden waardoor er PLA geïmporteerd zal moeten worden. Dit geeft, net als de import van traditioneel plastic, veel CO2 uitstoot en gaat hiermee ons doel voor dit onderzoek, een schonere plastic productie in Indonesië, voorbij. Daarbij valt het te bezien of Indonesië er financieel klaar voor is, gezien de hoge inflatiecijfers.

Als laatste breekt PLA minder snel en gemakkelijk af onder natuurlijke omstandigheden dan wij van te voren hadden gedacht. Zo is in ons praktisch onderzoek te zien dat PLA in de meeste nagebootste omstandigheden, in weliswaar een relatief korte tijd, nauwelijks verschijnselen van afbreekbaarheid laat zien. In de discussie staan echter de aanmerkingen hierop. Ons theoretisch onderzoek bevestigt dit deels, omdat verschillende bronnen aangeven dat PLA binnen een half jaar kan afbreken onder gecontroleerde omstandigheden.

Toch keuren wij de overstap naar PLA absoluut niet af. De fossiele brandstoffen hebben op dit moment een enorme impact op de aarde en zullen uiteindelijk opraken. Er zal veel onderzoek moeten worden gedaan naar een beter, milieuvriendelijker alternatief. Onze conclusie is dat Indonesië er in het heden nog niet klaar voor is, maar wij hopen dat andere onderzoekers tot het beste alternatief gaan komen voor de toekomst van zowel de aarde als van ons.

Discussie

Ons onderzoek is gericht op polymelkzuur als oplossing voor het plastic afval probleem in Indonesië. Tijdens het maken van dit profielwerkstuk zijn we tegen bepaalde struikelpunten aangelopen en kwamen we in aanraking met factoren die de betrouwbaarheid en validiteit van ons onderzoek hebben kunnen beïnvloeden.

Voor het beantwoorden van de eerste, tweede, derde en vierde deelvraag hebben we gebruik gemaakt van bronnenonderzoek. We hebben geprobeerd om zoveel mogelijk gebruik te maken van wetenschappelijke bronnen, omdat deze vaak betrouwbaarder zijn dan informatieve websites. Wij hebben internetbronnen gebruikt waarvan wij het idee hadden dat ze betrouwbaar zijn, maar kunnen hier niet met honderd procent vanuit gaan. Onjuiste informatie in deze bronnen zouden de betrouwbaarheid van ons onderzoek hebben kunnen beïnvloeden.

Tijdens het beantwoorden van deze deelvragen hebben ook informatie verkregen van onze docenten, zoals mevrouw Wolf en meneer Tijdhof. Aangezien zij gestudeerd hebben in het vakgebied, waar wij hulp bij nodig hadden, en er erg veel vanaf weten, zien wij hen als betrouwbare bronnen.

Deelvraag 4 luidt: ‘Voldoet PLA aan de eisen van traditionele plastics uit petroleumchemicaliën?’ Voor deze deelvraag hebben we verschillende plastics vergeleken met de eigenschappen van PLA. Om de lading van deze deelvraag beter te dekken, zou PLA met meer soorten plastics vergeleken moeten worden. Daarbij zou er rekening gehouden moeten worden met de additieven die toegevoegd kunnen zijn aan PLA, om de validiteit te verbeteren.

In ons uitgevoerde practicum hebben wij de afbraak van polymelkzuur onder verschillende omstandigheden onderzocht. De afbraak van plastics gaat erg langzaam en door gebrek aan tijd is er weinig veranderd in het gewicht van de plastics. Het is nog niet te zeggen onder welke omstandigheid het plastic het snelst helemaal afbreekt.

Ons onderzoek is gericht op het land Indonesië. Het klimaat in Nederland, vooral nu in de winter, verschilt enorm met dat van Indonesië. Om het onderzoek meer valide te maken, zou er een testopstelling gemaakt moet worden met de precieze klimaatomstandigheden van Indonesië. In ons geval is dit niet gelukt door gebrek aan tijd en materialen.

Een groot struikelpunt waar we tegenaan zijn gelopen tijdens het onderzoeken, zijn wijzelf. Wij hebben het onszelf erg moeilijk gemaakt door een ontzettend breed onderwerp te kiezen, waar onderzoek in verschillende vakgebieden voor nodig is geweest; scheikunde, maar ook natuurkunde en economie. Het onderwerp dat wij hebben gekregen ‘Hoe voorkomen we dat plastic afval wordt?’, hebben wij geprobeerd zoveel mogelijk naar ons vakgebied, scheikunde, te vormen. Hierdoor was het alsnog erg lastig om een bijpassend practicum te bedenken, wat op school uit te voeren is.

In een eventueel vervolgonderzoek zou er meer tijd moeten worden gereserveerd voor het uitvoeren van het practicum. Ons practicum is erg tijdafhankelijk en daarom belangrijk dat het zo lang mogelijk wordt uitgevoerd, zodat er meer en betrouwbaardere resultaten te vinden zijn.

Bibliografie

Blaauw, E. (2014, november 21). Indonesië: Een goed begin is het halve werk. Opgehaald van https://economie.rabobank.com/publicaties/2014/november/indonesie-een-goed-begin-is-het- halve-werk/

Bruinsma, G. (2017, november 1). We eten plastic, we ademen plastic en het regent plastic.

Opgeroepen op januari 16, 2020, van ad`: https://www.ad.nl/economie/we-eten-plastic-we- ademen-plastic-en-het-regent-plastic~a9d7a6ff/?referrer=https://www.google.com/

Buienradar. (sd). Opgehaald van https://www.buienradar.nl/nederland/gezondheid/luchtvochtigheid Christophe. (2019, oktober 14). Wat is PLA en waarvoor wordt het gebruikt? Opgehaald van

https://www.rajapack.be/blog-be/wat-is-pla/

Curbell. (sd). Plastic Properties Table. Opgehaald van https://www.curbellplastics.com/Research- Solutions/Plastic-Properties

Dorgan, J. R. (2000, januari). Thermal and Rheological Properties of Commercial-Grade Poly(Lactic Acid)s. Opgehaald van https://www.researchgate.net/publication/227040442_Thermal_and_Rheological_Properties_o f_Commercial-Grade_PolyLactic_Acids

Duurzaambedrijfsleven. (2019, mei 1). Infographic: Wat is bioplastic? Opgehaald van Duurzaambedrijfsleven: https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/recycling/31495/biobased- plastic

Eilbracht, J. (2015, november 7). microplastics: piepklein maar een enorm probleem . Opgeroepen op december 19, 2019, van scientias: https://www.scientias.nl/microplastics-piepklein-maar-een- enorm-probleem/

Greenpeace. (sd). #Plastic. Opgeroepen op januari 16, 2020, van greenpeace: https://www.greenpeace.org/nl/tag/plastic/

Gutierrez, R. J. (2020). PLA Plastic/Material: All You Need to Know in 2020. Opgehaald van https://all3dp.com/1/pla-plastic-material-polylactic-acid/

Holland bioplastic. (sd). Wat zijn bioplastics? Opgehaald van Holland bioplastic: http://www.hollandbioplastics.nl/wat-zijn-bioplastics/

IndonesieNu. (2018, januari 3). Indonesië meest optimistischeland ter wereld. Opgehaald van http://www.indonesienu.nl/nu-actueel/indonesie-meest-optimistische-land-ter-wereld

Ishak, Z. m. (2005, december). Water absorption and enzymatic degradation of poly(lactic acid)/rice starch composites. Opgehaald van https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391005001618

Kneefel, V. (sd). Plastic: waarom we NU moeten handelen. Opgeroepen op januari 23, 2020, van wwf: https://www.wwf.nl/wat-we-doen/focus/oceanen/plastic-soep

Knoop, R. (sd). Innovatieve PLA-toepassingen. Opgehaald van https://www.wur.nl/nl/show/Innovatieve-PLA-toepassingen.htm

Langejan, B. (2016). Plastic zonder olie. Opgehaald van WUR: https://www.wur.nl/upload_mm/2/9/e/ccaa7639-d45d-4a13-b076- 5b705083f145_Plastic%20zonder%20Olie_leerlinghandleiding_V2.0.pdf

Meer, I. v. (sd). Duurzame landbouw in Indonesië met op gefermenteerde mest gekweekt eendenkroos als diervoeder. Opgehaald van https://www.wur.nl/nl/project/Duurzame-landbouw-in- Indonesie-met-op-gefermenteerde-mest-gekweekt-eendenkroos-als-diervoeder.htm

Molenveld, K. (2011). VT-NRK Toepassing bioplastics. Wageningen.

NVGP. (sd). Meest gebruikte kunststoffen voor verpakkingen. Opgehaald van https://www.nvgp.nl/handboek/kunststoffen/meest-gebruikte-kunststoffen-voor-verpakkingen/

Oever, M. v. (2017). Bio-based and biodegradable plastics – Facts and Figures. Wageningen. Onbekend. (2010). Biopolymeren. Opgehaald van http://biopolymeren.blogspot.com/2011/11/pla-

poly-lactid-acid_10.html

Onbekend. (2018, november). Opgehaald van https://www.european-bioplastics.org/bioplastics/ Onbekend. (2018). Opgehaald van

https://www.flandersinvestmentandtrade.com/export/landen/indonesië/cijfers

Onbekend. (2019, mei 1). Opgehaald van https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/recycling/31495/biobased-plastic

Onbekend. (2019, juli 3). Indonesië stuurt containers met illegaal plastic afval terug naar industrielanden. Opgeroepen op 14 december, 2019, van hln: https://www.hln.be/nieuws/buitenland/indonesie-stuurt-containers-met-illegaal-plastic-afval- terug-naar-industrielanden~a26feb7c/?referer=https%3A%2F%2Fwww.ecosia.org%2F

Onbekend. (2020). Opgehaald van https://innprobio.innovation- procurement.org/fileadmin/user_upload/Factsheets/InnProBio_Factsheet03_NL.pdf

Onbekend. (sd). De soorten plastic. Opgehaald van https://wetenschap.infonu.nl/diversen/121527-de- soorten-plastic.html

Onbekend. (sd). Does plastic makes us sick? Opgeroepen op december 19, 2020, van plastihealthcoalition: https://www.plastichealthcoalition.org/

Onbekend. (sd). Het klimaat van Indonesië. Opgehaald van https://www.klimaatinfo.nl/indonesie/ Onbekend. (sd). Miljoenen dieren dood door afval in zee. Opgeroepen op december 12, 2020, van

animalstoday: https://www.animalstoday.nl/miljoenen-dieren-dood-door-afval-in-zee/

Parker, L. (2017, november 9). Maar liefst 91% van plastic wordt niet gerecycled. Opgeroepen op december 19, 2020, van nationalgeographic: https://www.nationalgeographic.nl/stop-met- plastic/2017/07/maar-liefst-91-van-plastic-wordt-niet-gerecycled

Rijksdienst. (sd). Opgehaald van https://plastic.tool.cultureelerfgoed.nl/plastics/detail/PLA Rijksdienst. (sd). Polylactic acid. Opgehaald van

https://plastic.tool.cultureelerfgoed.nl/plastics/detail/PLA

Sample, I. (2015, februari 15). Coastal communities dumping 8m tonnes of plastic in oceans every year. Opgeroepen op december 16, 2019, van the guardian: https://www.theguardian.com/science/2015/feb/12/coastal-communities-dumping-8m-tonnes- of-plastic-in-oceans-every-year

Speksnijder, C. (2016, september 24). Plantaardig plastic heeft nog een lange weg te gaan. Opgehaald van Volkskrant: https://www.volkskrant.nl/economie/plantaardig-plastic-heeft-nog-een-lange- weg-te-gaan~b3f0f8d1/

Thijs, T. (2008, februari 1). Polymelkzuur; een nieuwe medische toepassing. Opgehaald van http://havovwo.nl/vwo/vsk/bestanden/pwspolymz.pdf

Thouars, J. d. (2018, mei 16). Productie van bioplastic eenvoudiger met nieuw chemisch proces. Opgehaald van https://www.duurzaambedrijfsleven.nl/recycling/28541/productie-van- bioplastic-eenvoudiger-met-nieuw-chemisch-proces

Uffelen, C. v. (2017, januari 18). peak plastic. Opgehaald van Plastic Soup Foundation: https://www.plasticsoupfoundation.org/en/2018/01/peak-plastic/

Velthuijsen, J. v. (2001). uiker tot chirurgisch hechtmateriaal Polymelkzuur: van suiker tot chirurgisch hechtmateriaal. Opgehaald van Kennislink: https://www.nemokennislink.nl/publicaties/polymelkzuur-van-suiker-tot-chirurgisch- hechtmateriaal/

Vincken, J. (2016, juli 19). Jakarta vecht tegen het water. Opgehaald van https://www.nemokennislink.nl/publicaties/jakarta-vecht-tegen-het-water/

Water, S. v. (2018, mei 28). ‘Over tien jaar zullen bioplastics op grote schaal geproduceerd en gebruikt worden’. Opgehaald van https://newscientist.nl/nieuws/tien-jaar-zullen-bioplastics- op-grote-schaal-geproduceerd-en-gebruikt-worden/

Zee, M. v. (2017). Gaat bioplastic de plastic ‘soep’ oplossen? Opgehaald van Chemie media centrum: https://www.chemiemediacentrum.nl/experts-over…-bioafbreekbaar-plastic