Potentialet i græs som fremtidens byggesten i cirkulær emballagefremstilling
Det danske fødevareerhverv står overfor en gennemgribende omstilling til en grønnere produktion. Fødevare-producenter og udstyrsleverandører efterspørger konkrete metoder og udstyr m.m., der kan fremskynde denne omstilling af produktionen og øge eksporten af såvel klimaneutrale fødevarer som ny klimavenlig teknologi til verdens fødevareproducenter. Teknologisk Instituts indsats på området er - på tværs af værdikæder - at udvikle de centrale teknologier og teknologiske serviceydelser, som den danske fødevaresektor har brug for i omstillingen til en klimaneutral fødevareproduktion.
Målet for GUDP-projektet SinProPack er at bidrage til denne omstilling ved at udvikle en bæredygtig fiberemballage til fødevarer, som er baseret på restprodukter fra netop fødevareproduktion. Udgangspunktet er ekstraktion af protein fra græs, der dyrkes på uudnyttede lavbundsjorde. Det primære produkt fra ekstrak-tionsprocessen er proteinholdig væske (grønsaft), mens der genereres et fast restprodukt bestående mestendels af fibre. Disse fibre kan processeres yderligere, hvorved der kan fremstilles en pulp til vådformning af emballage på samme vis som pulp fra træ. På grund af energikrisen er der stigende efterspørgsel på træ til energi, hvilket medfører stigende priser på træ som råmateriale (figur 1) – herunder også til pulp og papir. Græs kan dermed blive både økonomisk og miljømæssigt konkurrencedygtigt i forhold til træ som kilde til fibre, såfremt de endelige produkter har sammenlignelige egenskaber på en række nøgleparametre. Målet i projektet er således at fremstille emballager fra græspulp og påvise egenskaber, der kan måle sig med gængs papirpulp såsom bleget og ubleget softwood kraft pulp (SKP). For at designe en brugbar emballage er det foruden den fremstillede pulp nødvendigt at påføre en coating for at give gode barriereegenskaber i forhold til ilt og vanddamp, såvel som at opnå en vand-, fedt- og olieafvisende overflade.
Figur 1: Bleget softwood kraft pulps prisdynamik gennem de seneste to år (kilde: EUWID Pulp and Paper)
Det er i SinProPack lykkedes at fremstille pulp fra græsfibrene og vådforme disse til 3D-formede emner som vist i figur 2. Den udviklede pulp har særdeles gode egenskaber i forhold til intern fiberbinding og udviser meget høj slidstyrke i forhold til SKP-pulptyper, som er den mest udbredte pulp til fiberemballage i dag. Materialerne har været slidtestet ifl. ISO 9352:2012, som vist i figur 3, og det ses af figur 4, at den nye græsbaserede pulp har op til otte gange højere slidstyrke end softwood kraft pulp (både bleget og ubleget).
Figur 3: Vådformede flade emner efter en slidtest ifl. ISO 9352:2022 - bleget SKP (til venstre), ubleget SKP (i midten) og SinProPacks græsfibre (til højre)
Figur 4: Resultaterne af slidtest for forskellige fibertyper
På grund af den øgede interne bindingsstyrke mellem fibrene ses der kun begrænset fiberudtræk (”hairing”) på overfladen af emnerne fra vådformning af pulpen med græsfibre, mens emner baserede på pulp fra ren ubleget softwood kraft pulp udviser langt mere fiberudtræk (se figur 5). Dette er yderst vigtigt, når vådformede emner skal opnå gode barriereegenskaber ved brug af en coating, da en ujævn overflade (dvs. med fiberudtræk) vil vanskelligøre en komplet dækning af overfladen med coatingmaterialet. Problemet ligger i fænomenet “fibre lift-up”, som finder sted på selv den glatteste papiroverflade, hvor enkelte fibre river sig løs fra overfladen og stikker ud af planet som vist i figur 5. Når en coating på væskeform påføres og hærder, bryder enkelte fibre stadigvæk ud gennem coatinglaget og skaber en effekt der minder om et sugerør, hvor fibrene kan lede væske igennem coatingen. Dette reducerer barriereevnen markant og kan i værste fald nedsætte emballagens stabilitet og forårsage ødelæggelse af det emballerede fødevareprodukt. En meget glat overflade giver mulighed for at påføre en minimal mængde coating, hvilket er ønskeligt, da denne ofte er dyr og kan påvirke genanvendelsespotentialet for den endelige emballage. De opnåede resultater med græspulp er særdeles lovende i forhold til at nå i mål med en emballageløsning, hvor en minimal mængde coatingmateriale kan anvendes for at opnå de ønskede barriereegenskaber, hvilket både vil reducere prisen og øge sandsynligheden for at emballagematerialerne kan genanvendes som papirprodukter.
Figur 5: 100% ubleget kraftpulp (venstre) og 50% SinProPack-græs og 50% ubleget kraftpulp (højre). Nærbillede af bunden på støbte bægre.
Projektet er støttet af Grønt Udviklings- og Demonstrationsprogram (GUDP) under Miljø- og Fødevareministeriet samt af Uddannelses- og Forskningsstyrelsen under Uddannelses- og Forskningsministeriet i rammerne af resultatkontrakterne ”BF1 – Bæredygtige fødevarer”, ”MA1 - Bæredygtige Materialer” og ”AT2 – Biokonvertering”.
Læs mere om projektet samt Teknologisk Instituts aktiviteter inden for bioraffinering og bæredygtig emballage her:
https://www.teknologisk.dk/projekter/to-go-emballage-baseret-paa-graesfiber/42897?cms.query=SinProPack
https://www.teknologisk.dk/ydelser/baeredygtig-emballage/38335