Productieketen van frisdrank

Het hele PWS is te downloaden helemaal bovenaan de pagina.

Samenvatting

Voor ons profielwerkstuk kregen wij het onderwerp: ‘afvalstoffen als grondstoffen voor de chemie’. Onder begeleiding van onze expert J.C. Slootweg wilden wij een bijdrage leveren aan het verduurzamen van verpakkingen. Dit was naar ons idee nodig; tijdens onze onderzoeken zijn wij er namelijk achter gekomen hoe inefficiënt de productieketen van verpakkingen wel niet is. In 2018 werd in Europa 39,9% van de totale plasticproductie gebruikt voor verpakkingen.¹ Deze verpakkingen werden vaak na enkel gebruik weggegooid; het systeem van verpakkingen is voornamelijk lineair en levert veel afval op.

Vervolgens zoomden wij in op frisdrankverpakkingen. Wij kwamen hierna op het idee om frisdrank concentraat beschikbaar te maken voor een gemiddeld huishouden. Onze onderzoeksvraag werd: ‘Welk verpakkingsmateriaal en ontwerp voor frisdrank-concentraat is het meest geschikt voor een 100% circulaire economie?’

Om een antwoord te krijgen op onze onderzoeksvraag stelden wij eisen aan onze verpakking. Hiervoor hebben wij onderzoek gedaan naar materialen en ontwerpen. Met het recyclen van PET op de UvA hebben we met eigen ogen kunnen zien hoe dit plastic chemisch gerecycled kan worden.

Uiteindelijk zijn wij uitgekomen op de PompPEFfles. Deze fles voldoet aan al onze eisen en aan ons gegeven onderwerp: de afvalstoffen van de fles kunnen weer worden gebruikt als grondstoffen voor een nieuwe fles.

Door het gebruik van de PompPEFfles geloven wij dat de productieketen van frisdrankverpakkingen circulair kan worden gemaakt en dat hierdoor de lineaire productieketen achterwege kan worden gelaten.

¹ Rapport: ‘White paper Don’t Waste It’ (TNO)

1. Inleiding

De SDG’s, kort voor: ‘Substainable Development Goals’, zijn zeventien doelen die gemaakt zijn om de wereld te verbeteren voor het jaar 2030.² Het project startte op nadat de voorgaande ‘Millenniumdoelen’ in 2015 afliepen. Op basis van ideeën van organisaties en individuen van over de hele wereld zijn de duurzame ontwikkelingsdoelen’ bij elkaar gezet. Alle landen van de Verenigde Naties houden zich aan deze regels.

Afbeelding 1; De 17 SDG’s

In ons onderzoek richten wij ons vooral op de Duurzame Ontwikkelingsdoelen 12 en 15 op. Ons gekregen onderwerp: “Afval als grondstof voor de chemie” is een belangrijk onderwerp als we het hebben over het reduceren van de afvalberg. In de voedingsindustrie is er veel verbetering mogelijk. In Nederland gooien we jaarlijks zo’n 490 kilogram afval weg, daarvan is gemiddeld 24 kilogram van plastic verpakkingen per persoon per jaar.³ Dit staat gelijk aan 860 PET- flessen per persoon. PET is recyclebaar maar niet biologisch afbreekbaar en PET is gemaakt van aardolie. Deze fossiele grondstof raakt op en het winnen is slecht voor het milieu. Daarom willen we PET vervangen met een materiaal dat duurzaam en tegelijkertijd biologisch afbreekbaar is, op deze manier zijn de consequenties van de slechte inzamelingsacties van plastic flessen minder extreem. Onze hoofdvraag is dan ook: ‘Welk verpakkingsmateriaal en ontwerp voor frisdrank-concentraat is het meest geschikt voor een 100% circulaire economie?’

Ontwikkelingsdoel 15, ‘Leven op het land’, slaat op het duurzaam gebruik maken van de beschikbare grondstoffen die de aarde ons biedt.⁴ Op dit moment gebruikt de mens ontzettend veel grondstoffen, velen daarvan zijn uit de langzame kringlopen van moeder natuur. Het vele gebruik van deze stoffen leidt als het ware tot een ‘lege put’. Het gebruik is groter dan wat er weer terugkomt. We zullen met z’n allen moeten overstappen naar andere ‘groenere’ materialen. Niet alleen omdat de huidige materialen op raken, maar ook zodat er duurzamer mee om kan gaan. Drankverpakkingen zijn veelal gemaakt van Polyethyleentereftalaat (PET) en karton. Om Petflesjes te maken is aardolie nodig, het winnen en ook de bewerking van deze fossiele brandstof is erg slecht voor het milieu. Hierom willen wij af van flessen gebaseerd op aardolie. Karton lijkt op het eerste gezicht redelijk goed voor het milieu, maar dit blijkt niet het geval.

Wij wilden af van de twee meest gangbare materialen op dit moment (karton en PET) om de productieketen en vervolgondernemingen te verbeteren. Vandaar dat wij eerst onderzoek hebben gedaan naar karton en later naar verschillende soorten kunststoffen.

1.1 Onderzoek naar karton

1.1.1 Wat is een aseptisch drankenkarton?

Papier en karton wordt gevormd uit hout(vezels). Door bomen te planten en weer om te hakken ontstaat een cyclus waaruit we hout kunnen winnen. De vraag naar hout wordt steeds groter en groter en dit geeft nog meer druk op de houtkap, waardoor bomen vaker worden omgehakt dan terug geplant.⁵ Om de druk op de houtkap te verminderen is het belangrijk om zo veel mogelijk materialen waar houtvezels in zitten, te recyclen. Zo hoeven er minder bomen gekapt te worden, minder materialen vervoerd te worden en is er minder energie nodig tijdens het verwerken.

Om een kartonnen verpakking te maken, die ook nog eens geschikt is voor het vervoeren van vloeistoffen, is niet alleen karton nodig. In de categorie kartonnen drankenverpakkingen kennen we twee soorten, de septische drankenkartons en de aseptische drankenkartons. De septische drankenkartons worden gebruikt voor zuivel en de aseptische vooral voor niet-koolzuurhoudende dranken, de sappen.⁶ Om aseptische drankenkartons te maken zijn er meerdere materialen nodig. Deze materialen worden samengevoegd tot een geheel. (Zie bijlage B) Het bij elkaar voegen van de materialen tijdens de productie van drankenverpakkingen en het weer uit elkaar halen ervan, levert problemen op. Ook is een aseptisch drankenkarton al snel niet meer goed te recyclen, dit kan anders.

1.1.2 Wat zijn de problemen bij het recyclen van aseptische drankenkartons?

Er zijn een aantal voorwaarden die gelden als we het over recycling van karton spreken. Gescheiden afval is opnieuw te gebruiken, maar dit afval moet niet teveel vervuild zijn (niet teveel plastic en papier aan zitten en het karton mag niet vet of nat zijn). Bij het recyclebedrijf wordt eerst al het vervuilde materiaal uit de verschillende afvalbergen gevist, dit kost tijd en geld. Te vervuild afval is niet her te gebruiken omdat dit de verbrandingsoven teveel belast.⁷ Daarom is het scheiden van afval, erg belangrijk. Voor drankenkartons zijn er meerdere recycle routes.

Als drankenkartons netjes vanaf het begin af aan gescheiden worden van de rest van het afval kunnen deze verpakkingen wel als materiaal worden hergebruikt. Het lastige hieraan is dat drankenkartons meerdere lagen bevatten, waaronder twee keer een laag polyethyleen. (zie bijlage B). Drankenkartons met het oud papier voegen is geen goed idee, want papiervezels kunnen niet goed gerecycled worden als ze met voedsel in contact zijn gekomen. Daarom hebben we in Nederland een systeem waarbij drankenkartonnen bij het plastic gescheiden moeten worden. Dit hele recycle proces is niet optimaal en niet 100% circulair, wij onderzoeken of frisdrankverpakkingen met betere materialen wél hernieuwbaar gemaakt kunnen worden.

1.2 Onderzoek naar plastic

1.2.1 Het gebruik van plastic

Plastic heeft veel barrière-werkingen; het laat geen lucht en bacteriën toe. Hierdoor zijn etenswaren hygiënisch, veilig en kunnen ze langer bewaard worden. Het ‘voorkomt’ voedselverspilling. Ook zijn de verpakkingen erg licht. Plastic is lichter dan papier, karton, glas en blik. Ook is plastic een materiaal dat goed koolzuur kan vasthouden. Daarom zijn frisdranken in de supermarkten bijna altijd verpakt in PET-flessen. Het nadeel is dat voor het maken van één kilo PET ruim 1,9 kilo ruwe aardolie nodig is.⁸ Aardolie is een fossiele brandstof die ontstaat uit dode resten van planten en dieren die zich opstapelen als sedimenten. Dit proces van sediment naar aardolie verloopt enorm langzaam. Wij als mensen gebruiken op dit moment aardolie sneller dan wordt geproduceerd, wat een enorm probleem is. Nadat de olie uit de grond is gepompt bij olieraffinaderijen, moet het nog bewerkt en een aantal keren vervoerd worden. Al deze handelingen bij elkaar zorgen voor een opstapeling van energieverbruik en ook CO2 uitstoot. Dit zijn allemaal redenen waarom wij de verpakkingen duurzamer willen maken.

1.3 Onderzoek naar de inhoud

1.3.1 Inhoud vermindering

Niet alleen de frisdrankverpakking moet veranderen, ook de inhoud kan anders. Een groot milieuonvriendelijke kwestie in de wereldhandel is het vervoeren van goederen een reden van veel CO2 uitstoot. Vloeistoffen hebben een hogere dichtheid, waardoor er meer energie en brandstoffen nodig zijn voor het vervoer. Veel frisdranken hoeven helemaal niet kant-en-klaar in de winkel te liggen. Het gebruik van concentraat leek ons hierom een goed alternatief. Een product dat al langer bestaat is aanmaaklimonade, dit is een liter fles aan limonadeconcentraat. Alles zit al in de substantie, thuis moet je er alleen kraanwater bij voegen. Dit kan ook met frisdranken.

Met één 1 liter pak kant-en-klare frisdrank, kunnen ongeveer 5 glazen frisdrank worden gevuld. Vergeleken met een pak frisdrank, bestaande uit concentraat met hetzelfde volume is dat erg weinig. Met één pak frisdrank concentraat kan je 83 glazen vullen. (zie bijlage A.1). Dit is nogal een verschil. We kunnen hierdoor de verpakking van het concentraat kleiner en lichter maken, er hoeven namelijk niet persé 83 glazen uit één pak gehaald te worden. Het gebruik van concentraat bespaart 188 milliliter water per glas. Met 1 liter concentraat kan je dan 15 liter frisdrank maken.

1.3.2 Uitstoot vermindering

Met ontwikkelingsdoel 12, ‘Verantwoorde consumptie en productie’, kunnen wij veel veranderen. Wij willen vooral de productie van frisdrankverpakkingen milieuvriendelijker maken door middel van massavermindering, wat zorgt voor een flinke vermindering van CO2 uitstoot. Om bijvoorbeeld ongeveer 2,5 miljoen glazen in de winkel te krijgen heb je veel minder vrachtwagenladingen nodig bij het gebruik van frisdrankconcentraat dan bij het gebruik van kant-en-klare pakken. Om precies te zijn moet je 20,5 keer meer heen en weer rijden bij het gebruik van kant-en-klare pakken. Dit betekent dat je 20,5 keer CO2 uitstoot vermindering hebt. (zie figuur 2).

Figuur 1; de hoeveelheid koolstofdioxide die één vrachtwagen uitstoot

Figuur 2; Verschil in hoeveelheid glazen van een verpakking (1L)

1.4 Ontwerp produceren – methode

Allereerst gaan we ons ontwerpprobleem en de verschillende eisen die aan het ontwerp van een concentraatverpakking zit beschrijven. Daarna introduceren wij ons ontwerp en leggen de gemaakte keuzes uit. Waarom hebben we gekozen voor dit bepaalde materiaal? En, waarom is ons gekozen verpakkingsvorm handig? In de conclusie komen we terug op hoe we de verpakkingen van frisdranken duurzamer hebben gemaakt. In de bijlagen staat beschreven wat voor proef we hebben gedaan en hoe we dit hebben uitgevoerd.

² ‘Wat je moet weten over de SDG’s’ (sdgnederland.nl)
³ ‘Afval scheiden: cijfers en kilo’s’ (mileucentraal.nl)
⁴ ‘Doel 15. Leven op het land’ (sdgnederland.nl)
⁵ ‘Waarom papierrecycling?’ (prn.nl)
⁶ Rapport: ‘Milieukentallen van verpakkingen voor de verpakkingenbelasting in Nederland’ (CE-Delft)
⁷ ‘De rol van kwaliteit’ (prn.nl)
⁸ ‘De gevaren van Polyethyleentereftalaat (PET)’ (mens-en-gezondheid.infonu.nl)
⁹ Rapport: ‘Bottom-up berekening CO2 vrachtwagens en trekkers.’ (Emissieregistratie – ER)
¹⁰ Gerekend met verschillende soorten dranken, waaronder; Coca-Cola 1L fles (ah.nl) en Biologisch appelsap 1L pak (ah.nl)
¹¹ Gerekend met verschillende soorten concentraten, waaronder; Cola-concentraat (mysoda.eu) en Biologisch diksap appel (ah.nl)

2. PompPEFfles

2.1 De problemen van de frisdrankproductie – Ontwerpprobleem

Wij wilden voor ons profielwerkstuk een toepasselijke oplossing bedenken voor de vele CO2-uitstoot, het plasticverbruik en andere processen die plaatsvinden bij de productie van drankenverpakkingen. Bij het vervoer van flessen frisdrank alleen wordt al 7985,775 gr CO2/km uitgestoten per vrachtwagenlading.¹² Mede hierdoor besloten wij om aan dit probleem aandacht te besteden, door op onze eigen wijze de huidige lineaire economische productieketen aan te passen en te transformeren in een circulair economische productieketen. Afval zou dus niet gezien moeten worden als een probleem, maar als een grondstof voor een nieuw product.

Wij besloten allereerst te kijken naar de onderdelen van frisdrank: 1L Coca-cola bestaat voor 890 mL uit water en om de hele fles te maken (inclusief grondstoffen) kost dit zo’n 70 liter water.¹³ Hierna wordt zo’n 85% van de 1L Coca-cola flessen van Nederland vervoerd vanuit de Coca-cola fabriek in Dongen. Om de fles in dat geval van Dongen naar Gouda te krijgen, moet er minstens 77,2 km worden afgelegd met de vrachtwagen. Door te kijken naar rapporten voor 1 vrachtwagenlading, is het zo dat een vrachtwagenlading van 30.976 pakken 7985,775 gr CO2/km uitstoot.¹⁴ Hieruit kunnen wij de conclusie trekken dat om al deze Coca-cola verpakkingen naar Gouda te krijgen, er ruim 615,501 kilo CO2 per rit wordt uitgestoten en hierbij gaan wij nog uit van de kortste route.

De gevolgen van de productieketen zijn voor het milieu groot. Jaarlijks worden er per persoon zo’n 116 plastic flesjes in de zee gegooid, wat grote gevolgen heeft voor onze zee en haar bewoners.¹⁵ Verder is het productieproces van frisdrank door haar vele waterverspilling zelf ook zeer schadelijk voor het milieu. Om deze problemen op te lossen, besloten wij een product te bedenken dat aandacht aan al deze problemen zou besteden, maatschappelijk aantrekkelijk zou zijn en ook nog eens economisch rendabel zou zijn. Wij hopen dat ons product genaamd de PompPEFfles, bestemd voor frisdrankconcentraat, een circulaire productieketen kan vormen, in de hoop dat al de voorgenoemde problemen kunnen worden opgelost. Wij hebben hierbij de volgende eisen gesteld aan het ontwerp:

1. Het materiaal waar de fles zelf van gemaakt is, moet een lage dichtheid hebben.
2. De fles moet voor een 100% circulaire economie zorgen, zodat de afvalstoffen ook worden gebruikt als grondstoffen voor komende flessen (dit was ook de eis van onze expert).
3. Ons ontwerp moet potentie hebben om geïntroduceerd te worden in de maatschappij, de verpakking moet dus economisch rendabel zijn.
4. De PompPEFfles moet geschikt zijn voor een gemiddeld huishouden. Cafés, restaurants en fastfoodketens maken al gebruik van concentraat in grote Door concentraat meer te introduceren in huishoudens, kan er een grotere impact worden gemaakt.
5. De fles moet het concentraat goed kunnen conserveren:
   1. De fles moet waterdicht zijn;
   2. De verpakking moet stevig genoeg zijn zodat er niks met de lading kan gebeuren tijdens het transport.

2.2 Het ontwerpproces – Oplossingen van de deeleisen

Figuur 3: Het ontwerpproces in stappen

In de inleiding hebben wij een materialenonderzoek gedaan. In het figuur hierboven zijn al onze verschillende ontwerpen zichtbaar. Uiteindelijk hebben wij voor ontwerp 3.3 gekozen. Dit is een combinatie van 1.3 en 2.2 en was de meest voor de hand liggende combinatie van alle door ons samengestelde eisen (zie 4A voor de eisen).

Voor de vorm van het lichaam van de fles hebben wij uiteindelijk voor ontwerp 1.3 gekozen. Dit hebben wij gedaan omdat deze vorm te creëren is met PEF door dit materiaal in deze vorm te blazen. Met 1.2 leek dit ons moeilijker omdat je hier vouwen in het materiaal moet maken. Bij 1.4, 1.5 en 1.6 moet er waarschijnlijk een doosje omheen van bijvoorbeeld karton voor de stevigheid. Dit zorgt daarom dus voor meer verpakkingsmateriaal. 1.5 en 1.6 leek ons ook moeilijker te vervoeren omdat deze weg kunnen rollen. Wij hebben 1.1 niet gekozen omdat je met dit ontwerp ten opzichte van 1.3 minder kan vervoeren per vracht door de lege ruimtes tussen de flessen. Ook kan een ronde fles (1.1) makkelijker wegrollen. Voor de dop van de fles hebben wij uiteindelijk voor ontwerp 2.2 gekozen. Ontwerpen 2.1 en 2.3 leken ons namelijk minder gebruikersvriendelijk dan het pompje.

2.3 De PompPEFfles – Ons ontwerpvoorstel

De PompPEFfles is een door ons bedachte en ontworpen fles die gebaseerd is voor een circulaire economie en het behoud van concentraat.

Onze eerste oplossing voor de productieketen was het gebruik van concentraat. Zoals hierboven vermeld bestaat frisdrank voor 89% uit water. De flessen worden hierdoor vele malen groter, nemen meer ruimte op in de vrachtwagen en zijn zwaarder.

Wij hebben berekeningen gemaakt om te kijken of het gebruik van concentraat überhaupt nuttig is. Zoals vermeld in de inleiding, is om 1 vrachtlading van concentraatflessen te vervoeren, moeten er 20,5 vrachtwagenladingen van 1L flessen worden gebruikt voor hetzelfde aantal glazen. Ook wordt veel CO2 per glas bespaard. Hieruit konden wij de conclusie trekken dat concentraat inderdaad de oplossing is voor de vervoersketen. Voor het frisdrankconcentraat van Coca-Cola geldt 1 deel siroop op 5,4 delen water ¹⁶. Dit zou betekenen dat 844 mL van de 1000 mL niet vervoerd hoeft te worden. (zie bijlage A.2)

Afbeelding 2: vier aanzichten van de PompPEFfles.

Zoals zichtbaar in afbeelding 2 heeft onze fles een langwerpige, rechthoekige vorm. Onze fles heeft een rechthoekige vorm om het vervoer makkelijker te maken. De vorm van de fles is langwerpig, zodat deze lijkt op de verpakking van een ‘echte’ frisdrankfles. Hierdoor wordt de mens meer gestimuleerd om de colafles te kopen.

2.3.1 Materiaal

Om het probleem zo goed mogelijk aan te pakken, besloten wij om ervoor te kiezen van zo weinig mogelijk materialen gebruik te maken, zodat het recycleproces makkelijker en goedkoper is. Wij stelden onszelf de vraag: Welk materiaal is het beste om concentraat te conserveren? Wij hebben na een materialenonderzoek naar een basismateriaal (zie inleiding) uiteindelijk gekozen voor het polymeer PEF, dat bedacht is door het Nederlandse bedrijf Avantium. Dit materiaal heeft gunstige eigenschappen voor het behouden van vloeistoffen en concentraat, zij heeft een dichtheid van 1,43 gr/cm³ het polymeer is 160% sterker dan PET, heeft een fantastische zuurstofbarrière om het concentraat te behouden (0,23 cc²-mm/m²-24h-atm, in vergelijking met 2,96 bij PET) en ook haar waterbarrière is 2 à 3 keer zo sterk als die van PET.¹⁷

Afbeelding 4; Een fructosemolecuul

Naast deze eigenschappen, was er nog een andere reden om PEF te kiezen:

PET is gebaseerd op Mono-Ethyleen Glycol (MEG) en tereftaalzuur, die weer gebaseerd zijn op fossiele brandstoffen zoals olie. PEF is echter volledig gebaseerd op de fructose van planten.

Afbeelding 5; Het polymeer PEF

Deze fructose wordt door middel van twee verschillende enzymen (alpha-amylase en amyluglucosidase enzym) uit de plant gehaald. Nadat de fructose uit de plant is gehaald, vindt suikerdehydratie plaats (het indampen van de fructose en deze vervolgens via een dehydratiereactie wordt omgezet tot RMF). Hierdoor ontstaat het molecuul RMF. Deze bevat twee vertakkingen die in staat zijn bindingen te vormen met andere RMF-moleculen. Vervolgens wordt dit omgezet naar FDCA (zie afbeelding) door middel van oxidatie.

Afbeelding 3: Een FDCA molecuul

In afbeelding 4 is zichtbaar dat PEF een furaanring heeft met daarin een zuurstofatoom in plaats van een koolstofatoom. Een zuurstofatoom heeft een hogere elektronegativiteit dan een koolstofatoom, waardoor deze gemakkelijker met verschillende atomen bindingen aan kan gaan. hoe RMF reageert hierbij met zuurstof tot een mengsel van ruwe FDCA. Deze ruwe FDCA is negatief beïnvloed door alle voorgaande processen, waardoor er waterstofgas wordt toegevoegd dat reageert met de ontstane bijproducten. Hierdoor blijft er pure FDCA over. Het pure FDCA wordt omgezet tot PEF door het water uit de binding te koken. Hierdoor verdwijnen alle H-atomen uit de binding, waardoor het evenwicht naar de kant van de esterbinding gaat en alle FDCA-moleculen met elkaar een binding aangaan tot een polymeer: PEF. (voor meer informatie over PEF, zie bijlage E).

Na gebruik, kan het polymeer net zoals alle andere plastics weer door middel van zowel mechanisch als chemisch recyclen weer tot de grondstoffen worden gebracht. Om te kijken hoe dit proces in zijn werk ging, hebben wij een proef gedaan, gebaseerd op het recyclen van PET (zie bijlage F), waaruit de conclusie kwam dat het recyclen van PET (en dus ook van PEF) kan leiden tot een 100% circulaire economie, indien het juist gerecycled wordt.

Net als PET is PEF volledig recyclebaar, maar ook biologisch afbreekbaar en het productieproces vindt plaats via de fructose van planten en andere biomassa’s (zoals hout waarmee lignine gemaakt kan worden, waarmee ook weer PEF gemaakt van kan worden). Voor ons ontwerp is het gebruik van PEF door de combinatie van zijn eigenschappen en productieproces van groot belang en het ideale materiaal om ons ontwerp van te maken.

Door het gebruik van PEF:

• Kunnen de flessen (net als PET) ingezameld en gerecycled worden;
• Kunnen de in de oceaan gedumpte flessen (die niet ingezameld zijn) composteren zonder grote gevolgen voor de natuur;
• Is de productieketen van een verpakkingsmateriaal niet meer lineair
• En wordt het concentraat goed geconserveerd.

2.3.2 Ontwerp

Nadat wij het juiste materiaal hadden gevonden, richtten wij ons op de onderdelen van de fles. Onze vraag was daarbij: welk ontwerp past het beste bij PEF en welke onderdelen gebruiken wij daarbij? Na het ontwerpproces zijn wij tot het volgende otnwerp gekomen: De PompPEFfles.

Afbeelding 6; De dop en pomp van de fles

De PompPEFfles bestaat uit twee onderdelen:

• De dop bevat ook een pomp (ontwerp 2.2) Hierdoor kan er voor elk glas evenveel concentraat worden Naar de wens van de consument kan dit uiteraard worden gepersonaliseerd. Het pompmechanisme zelf, bestaat uit PEF. De dop bevat rondingen aan de binnenkant, zodat de dop van de fles kan worden gehaald en er later weer op kan worden gezet. De rubberen buis bestaat uit EDPM. Dit is een elastomeer en ondanks dat deze niet volledig te composteren is, kan deze wel volledig worden gerecycled. Naast de EDPM zit er ook nog een metalen veertje in de pomp, waar precies dezelfde regels voor gelden als de EDPM.
• Het lichaam van de fles bestaat uit een laag PEF (ontwerp 3). Zoals hierboven vermeldt, is het pompmechanisme niet van het polymeer PEF gemaakt. Dit komt omdat PEF niet dezelfde eigenschappen als EDPM en metaal bezit, wat wel nodig is in het pompmechanisme. Hierdoor kwamen wij op het idee om de pomp los te verkopen en de fles zelf met alleen een dop van PEF. EDPM en metaal kunnen beide gereinigd worden in een vaatwasmachine of met de hand. De pomp kan daardoor meerdere malen gebruikt worden, waardoor wij de impact op de natuur minimaliseren.

Afbeelding 7: De andere fles, met de keuze tussen een pomp of een dop 

De PompPEFfles is een combinatie van al onze eisen. Door al onze verschillende deeloplossingen en deelonderzoeken toe te passen, zijn wij uiteindelijk tot de PompPEFfles gekomen, die exact aan al onze voorgestelde eisen voldoet:

• De dichtheid van PEF is 1,43 gr/cm³.¹⁸ Door deze lage dichtheid, zullen de verpakkingen geen groot deel uitmaken van de totale massa die een vrachtwagen belast, wat weer leidt tot een lagere CO2-uitstoot van de motor van de vrachtwagen.
• Onze fles is zoals al eerder vermeld, gemaakt van het op planten gebaseerde PEF. Deze stof is volledig circulair. De afvalstoffen zijn immers weer de basis voor de fles. Hierdoor voldoet de fles ook aan de eis van onze expert!
• Na contact te hebben gehad met een medewerker van Avantium, zijn wij erachter gekomen dat PEF al geïntroduceerd is tot de drankenverpakkingsmarkt en dat het hiermee ook economisch rendabel is en dus tot de markt geïntroduceerd kan worden op grote productieschaal in de vorm van een
• Bij de productie van de verpakking, worden de PEF als polymeerkorrels in een “extruder” gesmolten en daarna in een mal gespoten. Hierdoor is het ontwerp dus volledig gebaseerd op huishouden en kan ons ontwerp goed worden uitgevoerd
• De fles voldoet aan alle functies waar een fles aan moet voldoen:
  • PEF is een hard plastic met een barrière voor vloeistoffen die nog 2-3 keer sterker is dan die van PET.
  • PEF is stug en niet makkelijk te vervormen nadat zij is

Door al deze eisen kan ons doel bereikt worden om het productieproces van frisdranken volledig om te gooien en een nieuw 100% circulair productieproces te ontwerpen. Ons vervolgproject is om dit ontwerp verder uit te werken. Wij zouden graag ons prototype willen verbeteren en kijken naar mogelijkheden om het echt in de maatschappij te integreren. Hierbij zouden wij dus een samenwerking aan willen gaan met bedrijven die hiervoor openstaan en in contact komen met Avantium om samen tot meer ideeën te komen voor het gebruik van concentraat en PEF.

2.3.3 Ons prototype

Na al deze onderzoeken leek het ons super gaaf om ons ontwerp ook echt vast te kunnen houden. We besloten contact te zoeken met onze experts bij de UvA en legde ons idee voor. Zij waren beide zeer enthousiast en stelden voor om het met de 3D-printers van de UvA te printen.

Hieruit kwam de volgende fles:

Afbeelding 8 Het modelleer ontwerp van onze fles

Afbeelding 9, 10 en 11 – Het prototype van de PompPEFfles; v.l.n.r: vooraanzicht, onderaanzicht en bovenaanzicht

¹² Berekening: ’13,25 x 40 (ton) + 1.325 x 293,6 = 389,550 gr/km CO2 uitstoot. 389,550 x 20,5 = 7.985,775 gr/km CO2 uitstoot.
¹³ ‘Voor 1 liter Coca-Cola is geen twee liter water nodig, maar 70.’ (nos.nl)
¹⁴ 1.408 (pakken) x 22 (pallets in 1 vrachtwagen van 40 ton) = 30.976 pakken
¹⁵ ’Verminder plastic in de Noordzee’ (bnnvara.nl)
¹⁶ ‘Voor 1 deel siroop op 5,4 delen water’ (compliment.nl)
¹⁷ ‘FDCA and plantMEGTM together make a 100% plant-based plastic PEF’ (avantium.com)
¹⁸ Rapport: ‘Avantium Renewable Polymers’ (Avantium N.V.)

3. Evaluatie

In ons profielwerkstuk hebben wij een frisdrank-concentraatverpakking ontworpen.

Onze belangrijkste eis was dat deze nieuwe verpakking bij zou dragen aan een 100% circulaire economie. Verder hebben wij ervoor gekozen om concentraat te gebruiken, dit omdat het gebruik van concentraat op grote schaal de frisdrankindustrie een stuk duurzamer kan maken.

Bij het maken van ons ontwerp hebben wij als eerste een materiaal gekozen, namelijk PEF. Dit hebben we gedaan omdat PEF goed te recyclen is, composteerbaar is en goede eigenschappen heeft om concentraat te behouden. Wij gebruiken ook nog een andere stof in de pomp van ons ontwerp, EDPM, dit is voor het slangetje in de pomp. Ook zit er een veertje in van metaal. Deze materialen zijn 100% recyclebaar.

Dit ontwerp in combinatie met de inhoud, in de vorm van concentraat, zal de duurzaamheid van frisdrank ontzettend verhogen. Dit doordat er minder water wordt vervoerd door vrachtwagens en door het verminderen van de hoeveelheid verpakkingsmateriaal. Ook zorgen wij ervoor dat onze verpakking 100% circulair is. Hierdoor wordt de ecologische voetafdruk van frisdrank veel kleiner en draagt dit bij aan de klimaatdoelen van 2030 om de CO2-uitstoot met 49% te verminderen ten opzichte van 1990.¹⁹

De stap om over te gaan van normaal frisdrank naar concentraat is niet groot. Het concentraat bestaat al, veel cafés en restaurants gebruiken namelijk zogeheten postmixs om aan de bar bijvoorbeeld een colaatje te maken. De enige puzzelstukjes die missen zijn een goede realistische verpakking waarin het verpakt kan worden en bedrijven die dit idee willen overnemen en het op die manier in de maatschappij willen introduceren. Wij hopen dat we het eerste puzzelstukje met dit project voor het grootste deel hebben opgelost.

Met meer testfases en prototypes kunnen wij naar een steeds betere verpakking toewerken. Hierbij willen wij ons meer gaan richten op het pompje en kijken welke gebruikersvriendelijke eigenschappen wij toe zouden kunnen voegen aan dit onderdeel. Vervolgens zouden wij ons meer willen focussen op de marketing. Hierbij zouden wij willen onderzoeken of consumenten openstaan voor het gebruik van concentraat, door middel van enquêtes willen wij te weten komen of er een markt is voor frisdrankconcentraat in huishoudens. De verbeterpunten die uit de enquête komen, zouden wij verwerken in ons nieuwe ontwerp. Vervolgens willen wij een samenwerking met Avantium aangaan om het ontwerp bij bedrijven voor te stellen. Ons uiteindelijke doel van dat project zou natuurlijk zijn om de frisdrankconcentraatflesjes ook echt in de winkels te krijgen.

¹⁹ De klimaatdoelen van 2030

4. Conclusie

In dit onderzoek is er een antwoord gezocht op de vraag: ‘Welk verpakkingsmateriaal en ontwerp voor frisdrank-concentraat is het meest geschikt voor een 100% circulaire economie?’ Hierbij hebben wij gekeken naar materiaal, de vorm van de fles en de dop. Het materiaal wat het meest geschikt bleek is dus PEF, deze stof voldoet aan alle onze eisen waaronder het recyclen van de verpakking. De vorm van de fles is rechthoekig zodat het vervoer wordt geoptimaliseerd. Voor het pompje gebruiken wij PEF in combinatie met EDPM. Beide stoffen zijn recyclebaar. Ook zit er in het pompje een klein veertje van metaal. Alle onderdelen kunnen door middel van chemisch recyclen volledig worden gerecycled.

Het pompje is bedoeld om her te gebruiken. Dit willen wij stimuleren door de pompjes los te verkopen. In de winkel zou er naast een schap met concentraatflesjes een schap liggen met losse pompjes.

Met dit verslag leveren wij een bijdrage aan de SDG’s 12 en 15. Dit doen wij door het productieproces en het consumptiegedrag te veranderen. Het productieproces veranderen wij door het ontwerp 100% circulair te maken. Het consumptiegedrag wordt veranderd door het gebruik van concentraat, hierbij wordt veel minder water door vrachtwagens vervoerd. SDG 15 pakken wij aan door middel van het hergebruiken van grondstoffen. Dit is onze connectie met het onderwerp dat wij hadden gekozen: ‘Afval als grondstof voor de chemie’. Verder is de versie van ons ontwerp met de PEF-dop 100% composteerbaar. Deze fles draagt daarom niet bij aan de milieuvervuiling. Door het gebruik van concentraat beperken we het watervervoer dat door vrachtwagens plaatsvindt. Hierdoor kunnen wij circa 844 mL per liter frisdrank besparen (zie bijlage A 2). Kortom ons ontwerp draagt bij aan de duurzaamheid van de planeet door minder verpakking, minder CO2 uitstoot en minder niet-afbreekbaar plastic.

Bronnenlijst

1. AH Biologisch Appelsap bestellen | ah.nl. (z.d.). Albert Heijn. Geraadpleegd op 1 december 2021, van https://www.ah.nl/producten/product/wi119824/ah-biologisch-appelsap
2. AH Biologisch Diksap appel bestellen | ah.nl. (z.d.). Albert Heijn. Geraadpleegd op 1 december 2021, van https://www.ah.nl/producten/product/wi161167/ah-biologisch-diksap-appel
3. Almond Techniek B.V., Marijn Klaassen. (2021, 7 januari). Wat is PE en wat zijn de verschillen tussen HDPE, LDPE en LLDPE? Almond Techniek B.V. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://www.almond.nl/wat-is-pe-en-wat-zijn-de-verschillen-tussen-hdpe-en-ldpe
4. Avantium N.V. (2021a, april). Avantium produceert met succes polyesters met haar plantMEG<sup>TM van de Ray TechnologyTM demonstratiefabriek</i>. https://www.avantium.com/wp-content/uploads/2021/04/20210413-Avantium-produceert-met-succes-polyesters-met-haar-plantMEG%E2%84%A2-van-de-Ray-Technology%E2%84%A2-demonstratiefabriek.pdf
5. Avantium N.V. (2021b, september). Avantium Renewable Polymers.
6. Avantium N.V. (2021c, december). The Journey of Avantium’s PEF towards Commercialisation. https://www.avantium.com/wp-content/uploads/2021/12/20211209-The-Journey-of-PEF-towards-commercialisaton-history-present-and-future.pdf
7. Bio-based, biodegradable and compostable plastics. (2022, 18 januari). European Commission. Geraadpleegd op 28 december 2021, van https://ec.europa.eu/environment/topics/plastics/bio-based-biodegradable-and-compostable-plastics_en
8. Biobased Circular Plastics. (z.d.). BioBased Economy. Geraadpleegd op 28 december 2021, van https://biobasedeconomy.nl/?s=biobased+circular+plastics&submit=Zoek
9. biobased circular plastics. (z.d.). BioBased Economy. Geraadpleegd op 28 december 2021, van https://biobasedeconomy.nl/?s=biobased+circular+plastics&submit=Zoek
10. BlackSatino. (2022, 26 januari). PE vs PLA Coating: welke kartonnen koffiebeker kies jij? Geraadpleegd op 24 december 2021, van https://blacksatino.eu/blog/pe-vs-pla-coating/
11. ChemistryNL. (2017, 27 november). Biobased materialen. Biobased Packaging Innovations. Geraadpleegd op 2 januari 2022, van http://www.biobasedpackaging.nl/materialen/
12. Depolymerisatie-installatie voor polyesterafval. (2021, 14 juli). RVO. Geraadpleegd op 17 januari 2021, van https://www.rvo.nl/subsidies-regelingen/milieulijst-en-energielijst/miavamil/depolymerisatie-installatie-voor-polyesterafval
13. FDCA and plantMEG<sup>TM together make a 100% plant-based plastic PEF</i>. (2022, 25 januari). Avantium N.V. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://www.avantium.com/lead-products/#pef&fdca/
14. De gevaren van polyethyleentereftalaat (PET). (z.d.). InfoNu. Geraadpleegd op 18 januari 2022, van https://mens-en-gezondheid.infonu.nl/gezonde-voeding/146266-de-gevaren-van-polyethyleentereftalaat-pet.html#:%7E:text=PET%20wordt%20gemaakt%20ethyleenglycol%20en,wordt%20aangegeven%20met%20recyclecode%201.
15. Gruter, G. J. (2019). Confusion about terminology and definitions for bio-based and biodegradable plastics. Chemistry Today, 37(4), 54–55.
16. Hamsen, P., Lips, S., Bos, H., Smit, B., Van Berkum, S., Helming, J., & Jongeneel, R. (2014, augustus). Suiker als grondstof voor de Nederlandse chemische industrie; gewassen, proces, beleid (Nr. 978–94-6257-059–7). Wageningen UR Food & Biobased Research. https://edepot.wur.nl/312696
17. Hyfoma. (2016, 15 augustus). Suiker, glucose en fructose – Safe Food Factory. Safe Food Factory. Geraadpleegd op 30 december 2021, van https://www.safefoodfactory.com/nl/knowledge/6-zoetwaren/
18. Iwata, T. (2015). Biodegradable and Bio-Based Polymers: Future Prospects of Eco- Friendly Plastics. Angewandte Chemie, Angew. Chem. Int. Ed.(54), 3210–3215. https://doi.org/10.1002/anie.201410770
19. Jongbloom, R. (z.d.). » Het belang van bioplastics in de circulaire economie. Holland Bioplastics. Geraadpleegd op 28 december 2021, van https://hollandbioplastics.nl/actueel/het-belang-van-bioplastics-in-de-circulaire-economie/
20. Köpnick, H., Schmidt, M., Brügging, W., Rüter, J., & Kaminsky, W. (2000, 15 juni).
21. Polyesters. Wiley Online Library. Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a21_227
22. MacDonald, C. (2018, 31 mei). Inside the bad math that lets Coca-Cola say it gives back all the water it uses. The Verge. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://www.theverge.com/2018/5/31/17377964/coca-cola-water-sustainability-recycling-controversy-investigation
23. Milieu Centraal. (z.d.). Afval scheiden: cijfers en kilo’s. Geraadpleegd op 12 december 2021, van https://www.milieucentraal.nl/minder-afval/afval-scheiden/afval-scheiden-cijfers-en-kilo-s/#:%7E:text=In%20Nederland%20gooien%20we%20per,in%20Europa%20beter%20dan%20gemiddeld.
24. Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat. (2022, 12 januari). Klimaatbeleid.Rijksoverheid. Geraadpleegd op 29 januari 2022, van https://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/klimaatverandering/klimaatbeleid
25. Nic. Oud. (2019, 2 december). Wat is PE folie (polyethyleen/polyetheen). Nic.Oud. Geraadpleegd op 25 december 2021, van https://nicoud.nl/pe-folie/
26. PETP – Polyethyleentereftalaat | Vink Kunststoffen. (z.d.). Vink Kunststoffen.Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://www.vinkkunststoffen.nl/kunststofsoorten/petp-polyethyleentereftalaat
27. Plastic Soup Foundation. (2020a, mei 4). Wegwerpplastic Belangrijke Oorzaak Plasticsoep. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://www.plasticsoupfoundation.org/plastic-probleem/plasticsoep/wegwerp-plastic/
28. Plastic Soup Foundation. (2020b, mei 25). Zorgt Avantium met afbreekbaar PEF echt voor het einde van de plasticsoep? Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://www.plasticsoupfoundation.org/2020/05/zorgt-avantium-met-afbreekbaar-pef-echt-voor-het-einde-van-de-plasticsoep/
29. Postema, A. (2021, 12 juni). Polymeren en monomeren. De Bijlesstudent. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://debijlesstudent.nl/uitleg/vwo/scheikunde-vwo/polymeren-en-monomeren-2/
30. PRN Papier Recycling Nederland | De rol van kwaliteit. (z.d.). prn.nl. Geraadpleegd op 12 december 2021, van https://prn.nl/prn-en-het-prn-systeem/prn-systeem/de-rol-van-kwaliteit/
31. PRN Papier Recycling Nederland | Papierrecycling. (z.d.). prn. Geraadpleegd op 12 december 2021, van https://prn.nl/papierrecycling/
32. Royal Club Tonic classic 0% suiker fles bestellen | ah.nl. (z.d.). Albert Heijn. Geraadpleegd op 25 december 2021, van https://www.ah.nl/producten/product/wi140123/royal-club-tonic-classic-0-suiker-fles
33. SDG Nederland. (2020a, juli 28). Doel 12. Verantwoorde consumptie en productie. Geraadpleegd op 26 januari 2022, van https://www.sdgnederland.nl/sdgs-2/doel-12-duurzame-consumptie-en-productie/
34. SDG Nederland. (2020b, juli 28). Doel 15. Leven op het land. Geraadpleegd op 12 januari 2022, van https://www.sdgnederland.nl/sdgs-2/doel-15-herstel-ecosystemen-en-behoud-biodiversiteit/
35. SDG Nederland. (2021, 12 mei). Alles wat je moet weten over de SDGs. Geraadpleegd op 12 januari 2022, van https://www.sdgnederland.nl/sdgs/
36. Sevenster, M. N., Wielders, L. M. L., Bergsma, G. C., & Vroonhof, J. T. W. (2007, november). Milieukentallen van verpakkingen voor de verpakkingenbelasting in Nederland (07.8545.30). Ministerie van VROM. https://ce.nl/wp-content/uploads/2021/03/07_8545_30.pdf
37. Shell. (z.d.). Mono-ethylene glycol. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://www.shell.com/business-customers/chemicals/factsheets-speeches-and-articles/factsheets/mono-ethylene-glycol.html
38. Slootweg, D. J. C. (2016a). Assistentenhandleiding Practicum Duurzame Chemie.Scheikundig Laboratorium VU.
39. Slootweg, D. J. C. (2016b, mei). Handleiding; Practicum Duurzame Chemie.Scheikundig Laboratorium VU.
40. Smaken concentraat | Mysoda Nederland. (2021, 15 november). Mysoda Netherlands. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://mysoda.eu/nl/smaken-concentraat/
41. SodaStream producten kopen | SodaStreamstore.nl. (z.d.). Sodastream Store.Geraadpleegd op 25 december 2021, van https://www.sodastreamstore.nl/p/sodastream-classic-tonic?pid=280600404.203
42. Soorten karton. (2017, 22 november). Packcompany. Geraadpleegd op 25 december 2021, van https://www.packcompany.nl/soorten-karton/
43. Sustainable Development Goals | United Nations Development Programme. (z.d.).UNDP. Geraadpleegd op 25 januari 2022, van https://www.undp.org/sustainable-development-goals#partnerships-for-the-goals
44. De unieke eigenschappen van polyethyleen. (2018, 25 oktober). UNIK. Geraadpleegd op 30 december 2021, van https://www.hetkanmetkunststof.nl/polyethyleen-eigenschappen/
45. Vacuum Filtration Archives. (z.d.). Lab Society. Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://labsociety.com/lab-equipment-category/vacuum-filtration/
46. Van der Klundert, M. (2018, 31 mei). Voor 1 liter Coca-Cola is geen 2 liter water nodig, maar 70. NOS. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://nos.nl/artikel/2234501-voor-1-liter-coca-cola-is-geen-2-liter-water-nodig-maar-70
47. Vroege Vogels. (2019, 19 september). Verminder plastic in de Noordzee – Vroege Vogels – BNNVARA. bnnvara.nl. Geraadpleegd op 5 januari 2022, van https://www.bnnvara.nl/vroegevogels/artikelen/verminder-plastic-in-de-noordzee
48. Wijngaard, M., Dortmans, A., Van Harmelen, T., Urbanus, J. H., De Ruiter, R., Schwarz, A., & Zondervan, E. (2020, november). White Paper “Don’t Waste It!” TNO.
49. Wikipedia contributors. (2021a, april 4). Methoxymethylfurfural. Wikipedia.
50. Geraadpleegd op 19 januari 2021, van https://en.wikipedia.org/wiki/Methoxymethylfurfural#Production
51. Wikipedia contributors. (2021b, september 30). Dimethyl terephthalate. Wikipedia. Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://en.wikipedia.org/wiki/Dimethyl_terephthalate
52. Wikipedia contributors. (2022a, januari 6). Fischer–Speier esterification. Wikipedia.Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://en.wikipedia.org/wiki/Fischer%E2%80%93Speier_esterification#:%7E:text=Fischer%20esterification%20or%20Fischer%E2%80%93Speier,and%20Arthur%20Speier%20in%201895.&text=Tertiary%20alcohols%20are%20prone%20to%20elimination
53. Wikipedia contributors. (2022b, januari 23). Polar aprotic solvent. Wikipedia. Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://en.wikipedia.org/wiki/Polar_aprotic_solvent#:%7E:text=A%20polar%20aprotic%20solvent%20is,they%20can%20be%20proton%20acceptors.
54. Wikipedia-bijdragers. (2019, 11 december). Tereftaalzuur. Wikipedia. Geraadpleegd op 17 januari 2022, van https://nl.wikipedia.org/wiki/Tereftaalzuur
55. Wikipedia-bijdragers. (2021a, april 8). Elastomeer. Wikipedia. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://nl.wikipedia.org/wiki/Elastomeer
56. Wikipedia-bijdragers. (2021b, mei 9). EPDM. Wikipedia. Geraadpleegd op 23 januari 2022, van https://nl.wikipedia.org/wiki/EPDM
57. Wikipedia-bijdragers. (2021c, december 7). Polyethyleentereftalaat. Wikipedia. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://nl.wikipedia.org/wiki/Polyethyleentereftalaat
58. Willems, R., Molnár-in ‘T Veld, H., Ligterink, N., Centraal Bureau voor de Statistiek, & TNO. (2014). Bottom-up berekening CO2 vrachtwagens en trekkers. EmissieRegistratie (ER).http://www.emissieregistratie.nl/erpubliek/documenten/Lucht%20(Air)/Verkeer%20en%20Vervoer%20(Transport)/Wegverkeer/CBS%20(2014)%20Bottom%20up%20berekening%20CO2%20vrachtwagens%20en%20trekkers.pdf
59. YXY. (2021, 23 december). Avantium N.V. Geraadpleegd op 29 december 2021, van https://www.avantium.com/technologies/yxy/