Omstillingen til cellulosebaseret emballage: Observationer og tanker

Den aldrig stillestående, om end noget konservative, branche; Emballage, er endnu en gang blevet pålagt at tilpasse sig den omkringliggende verden. Senest af det nye EU-regulativ PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation). Samtidigt har tidsånden, drevet en stigende interesse i biobaserede materialer, heriblandt cellulosebaserede løsninger som papir mm.

Denne voksende interesse i cellulosebaseret emballage var tydelig, da Plast og Emballage deltog i IAPRI (International Association of Packaging Research Institutes) konferencen i juni 2024, hvor mere end en tredjedel af indlæggene, der handlede om den seneste udvikling inden for emballagematerialer, havde fokus på papir, pap, pulp eller andre anvendelser af cellulose.

Den stigende interesse i cellulosebaseret emballage bekræfter, at der ligger et stort potentiale i dette materiale. Et potentiale er dog kun så godt, som det bliver udlevet, og mens cellulose har en eftertragtet grøn profil, kommer man ikke sovende igennem en omstilling til dette materiale. Derfor vil vi i denne artikel beskrive nogle af de muligheder og udfordringer, vi oplever i denne omstilling.

Lokalproduceret Cellulose
Cellulose er den mest forekommende polymer på jorden. På verdensplan er der en årlig produktion på 100 gigaton i form af plantebaseret biomasse. En del af denne biomasse bliver forfinet til 7,3 megaton cellulosefibre på årlig basis. Disse fibre kan bearbejdes yderligere til papir, pap, mm. 

I Nordamerika og Europa kommer en stor del af cellulosen fra træer. Da mange af de industrielle produktions-metoder, der berører cellulose er udviklet her, giver det derfor mening, at vi bruger vores lokale kilde, træer. Dette har medført at infrastrukturen og metoderne til udvinding af cellulose fra træer pt. er bedre end cellulose fra andre kilder. 

Træer er dog ikke den eneste kilde til cellulose. I andre dele af verden, fx Brasilien og Indien bliver der dyrket store mængder sukkerrør. Når saften er blevet presset ud af disse, til videre bearbejdning fx sukker, bioethanol eller rom, er restproduktet bagasse tilbage. Der kan udvindes cellulosefibre fra dette restprodukt, hvilket vi oplever en stigende interesse for. Ligeledes ser vi i Kina en stigende interesse i udvinding af cellulosefibre fra bambus. Generelt ser vi en stigende interesse i at udvinde og bruge cellulose fra lokalt producerede kilder, samt udnyttelse af restprodukter. Bagasse og bambus har også den fordel, at de sammenlignet med træer vokser meget hurtigt.

Vi ser også på udviklingsfronten, at der er interesse i at udnytte ukrudtsarter bl.a. den invasive art japansk pileurt til celluloseproduktion. Dette vurderer vi dog stadig til at være et kuriosum mere end en forhøjet ressourceudnyttelse.

Papir er ikke plast
Selvom cellulose er den mest forekommende polymer på jorden er den typisk ekskluderet, når man i emballageverdenen omtaler polymerer, som her beskriver plast. Mens eksklusionen får det til at løbe koldt ned ad ryggen på en materialekemiker, er det en relevant skelnen, da der er tale om forskellige materialer.

Denne forskel er dog vigtig at huske, hvis man ønsker at omstille sig fra at benytte plast til fx papir. Det er to forskellige materialer med vidt forskellige egenskaber. Dette kan blandt andet illustreres igennem forskellen ved at opbevare brød i en papir- eller plastpose. I papirsposen vil brødet tørre ud hurtigere end i plastposen, hvor det vil holde sig fugtigt. Til gengæld vil den fugtige atmosfære give bedre grobund for svampe og bakterier. 

Eksemplet ovenfor illustrerer udfordringen ved udskiftning af plast til cellulose. Cellulose har meget ringe barriereegenskaber, det mister sin styrke når det bliver vådt, det er mere besværligt at forme, og det er generelt et mere komplekst materiale end plast.

Når vi siger dette, er det ikke for at få omverdenen til at droppe brugen af cellulose. Men vi vil gerne gøre opmærksomme på, at cellulose i sig selv ikke kan påtage sig alle de roller, som plast tidligere har gjort. På samme måde har en enkelt plasttype sjældent eller aldrig kunnet dække alle de behov, der efterspørges fra plast som materiale.

Papir med Barriereegenskaber 
Kombinationen af, at der ønskes en omstilling fra plast til papir, og at papir ikke har de samme egenskaber som plast betyder at fremtiden er uvis. Der er dog stadig et behov for emballage, og dette giver fremadrettet et stort potentiale. Et af disse behov er at udskifte eksisterende emballage af plast, til en emballage, der har lignende eller tilstrækkelige barriereegenskaber, så produktet kan skærmes mod vanddamp og ilt fra atmosfæren.

Da cellulose ikke selv har barriereegenskaber, skal disse tilføjes på anden vis. Her kan mulighederne deles ind i to grupper: modificering af materialet og overfladebehandling. Af disse muligheder er der pt. flere ressourcer indenfor overfladebehandling, hvor markedet har adskillige kommercielle produkter, samt en større mængde forskning, hvis man ved, hvor man skal lede. Der er givetvis også nogle få kommercielle produkter af modificeret cellulose, men interessen er pt. mere af en akademisk natur, og selvom nogle forsknings-institutioner lader til at have mange års erfaring inden for emnet, er den samlede mængde stadig mindre end på overfladebehandlingsområdet.

Mens overfladebehandling af papir på nuværende tidspunkt virker som den mest modne teknologi til at opnå barriereegenskaber på, følger vi interesserede med i, hvad der sker indenfor materialeudviklingen, og deltager gerne i begge aspekter.

Genbrug af Pap og Papiremballage 
Pap og papir er i EU, og på verdensplan, den mest genanvendte affaldsfraktion, hvor vi ifølge Cepi (Confede-ration of European Paper Industries) opnåede en genanvendelsesprocent på 70,5%, og det blev beskrevet, at de samtidig forventede at nå 76% i 2030. Mens denne udsigt for Cepi syntes god, da den blev givet i 2023, når den ikke målet der er sat for 2030, hvilket er 85% genanvendelse af papir. Forventningen om 76% i 2030 er også for lidt, da det allerede er i udgangen af 2025, at der fra EU efterspørges en genanvendelsesprocent på 75%.

Selvom der i det nye regulativ findes undtagelser for materialer, der har kontakt til fødevarer eller medicin, er der en udfordring, som skal mødes med oprejst pande. 

Det første, vi kan gøre for at opnå de udstukne mål, er at reevaluere vores syn på virkeligheden. Det er efterhånden velkendt, at papir kun kan genbruges fem til syv gange, et fund der attribueres til Pratima Bajpal og bogen Recycling and Deinking of Recovered Paper fra 2013. Dette udsagn blev udfordret på IAPRI konferencen, hvor et af indlæggene rapporterede resultater fra et forsøg, hvor en formstøbt bakke af cellulose havde været genstøbt 12 gange. Forsøget var blevet stoppet efter 12 genstøbninger, da der ikke var oplevet et signifikant fald i fibrenes brudstyrke efter første genstøbning. Det skal dog samtidig understreges, at en bakke af en anden pulptype (fiberbeskaffenhed) også var blevet testet, og her blev der observeret en faldende fiberstyrke. I sidstnævnte forsøg var det største fald dog også observeret efter første genstøbning. Denne viden er ikke ny, da Yamauchi m. fl. i 2008 formåede at genbruge fibre 30 gange. Den virkelige verden introducerer typisk nogle komplikationer, der ikke forefindes i laboratorieforsøg, som der selvfølgelig skal tages højde for. Blandt disse komplikationer, er at der pt. kun er to cellulobaserede strømme; pap og papir, og ved kildesortering har de en tendens til at blive forvekslet. Det betyder, at man ender med en blanding af forskellige cellulosefibre med forskellige egenskaber. Den ukendte natur af genbrugte fibres beskaffenhed betyder også, at det ikke er tilladt at bruge i primær papiremballage med fødevarekontakt, hvor kun nye fibre er tilladt. 

Fremtiden er fiberholdig!
Når vi ser på fremtiden, ser vi et stort potentiale for cellulosebaseret emballage. Et potentiale som skal udleves. Før dette kan opnås, er der nogle udfordringer der skal overkommes. Nogle udfordringer, som vi mener, vi kan være behjælpelige med at løse.

Plast og Emballage deltagelse ved konferencen IAPRI 2024 blev muliggjort via støtten fra Uddannelses- og Forskningsstyrelsen under Uddannelses- og Forskningsministeriet gennem resultatkontraktmidler under projekterne BF1 – Bæredygtige fødevarer og MA1 – Bæredygtige Materiale