GoneShells: Biobaserade nedbrytbara förpackningar – steg 1

Projektet pågick mellan maj 2021 och februari 2022.

GoneShells är ett koncept av biologiskt nedbrytbara material med syfte att erbjuda ett alternativ till papper, plast och glas för att förpacka livsmedel. Materialen består av en formbar stärkelsebaserad kärna som beläggs med en biobaserad biologiskt nedbrytbar barriär mot vätska, olja och syre. Materialen kan brytas ner utan industriell kompostering, och kan även göras ätbara. Med flexibla förpackningar med annorlunda perception än vad traditionella förpackningsmaterial ger, öppnas nya möjligheter ur både hållbarhetsperspektiv och förpackningsdesign. Med ett material som kan brytas ner och försvinna inom samma livslängd som sitt innehåll, är det möjligt att skapa mindre belastning på återvinningssystem.

Syftet med hypotesprövningen var att verifiera att en typ av flexibla stärkelsebaserade material kan beläggas med en biobaserad barriär mot vätska, olja och syre, och visa att dessa komponenter kan uppfylla de specifikationer som krävs för att förpacka livsmedel. Hypotesprövningen bestod av tester i labb på kombinationen av stärkelsematerial och barriär samt utforskning av materialets formmässiga möjligheter genom prototyp-framtagning.

Deltagare

Tomorrow Machine och Eckes-Granini Sverige (huvudaktörer) samt RISE Bioekonomi (konsult) och hälsa och F&B Happy (referensperson).

Budget

Projektets budget var 1 MSEK.

Därför var detta viktigt

Syftet med materialens flexibilitet var att slutanvändaren inte ska behöva återvinna material i traditionell mening, utan ha valmöjligheten att själv kompostera förpackningen. Genom att använda ett material med förmågan att brytas ner under olika betingelser skulle det vara möjligt att skapa mindre belastning på återvinningssystem, minska deponier och minska problem förknippade med att förpackningsmaterial hamnar i naturen och haven.

Projektet kopplade till FN:s mål 12: Hållbar konsumtion och produktion, med fokus på delmålen 12.5 Minska mängden avfall markant, 12.2 Hållbar förvaltning och användning av naturresurser.

Förväntade resultat

Bedömningen var att GoneShells-produkter skulle kunna kombinera hög innovationshöjd med uppskalning och kommersialisering utan stora investeringar i processutveckling då barriärformuleringen var kommersiellt tillgänglig för produkter med väsentligt skilda användningsområden än förpackningar. Projektet erbjuder även stärkelseproducenter nya användningsområden för sina råvaror.

Ett stort antal slutanvändare av förpackningar för livsmedel hade visat intresse för GoneShells-produkterna, varav Eckes-Granini deltog som aktiv part i projektet. Andra behovsägare såg utöver fördelarna med att få tillgång till ett biobaserad biologiskt nedbrytbart material, marknadspotential i formbarheten och i att kunna erbjuda ätbara material.

Konkreta resultat

Hypotesen att ett stärkelsebaserat material kan beläggas med en biobaserad barriärformulering för att uppnå barriäregenskaper som är viktiga för livsmedelsförpackningar har bekräftats. Det önskade målet – att kunna använda konceptet för långtidsförvaring av vätskebaserade livsmedel (juice) – uppnåddes inte, eftersom barriäregenskaperna mot vätska inte är tillräckliga för att stå emot vatten och vattenånga under lång tid (> 1h). Under projekttiden har ett antal prototyper/demonstratorer tagits fram, bland annat barriärbelagda stärkelsebaserade skålar som visar att den utprovade tekniken för spray-beläggning av barriärformuleringen fungerar både för 2D- och 3D-material. Termoplastiskt stärkelsebaserat material har framställts med hjälp av en polymerextruder i pilotskala för att visa att utrustning som används i industrin för plastbearbetning kan användas för att framställa och bearbeta det stärkelsebaserade materialet. Vid försöken användes ett verktyg för kontinuerlig produktion av filmmaterial (ca 5 cm bredd). Efter extrudering har initiala tester med varmpressning och formsprutning av det extruderade materialet gjorts med lovande resultat, vilket ytterligare ökar möjligheterna till att ta fram en industriell formningsprocess med hög produktionskapacitet och minimal torktid. Vid försöken framställdes både skålformade former och standardformer för polymertestning (så kallade hundben). Tekniska detaljer kring försöken samt resultat från dessa finns sammanställda i en rapport från RISE Bioekonomi och hälsa.

Ladda ner filmsekvenser på extrudering

Film 1 – GoneShells extrudering
Film 2 – GoneShells extrudering

Nästa steg

De erhållna resultaten från projektet stakar ut flera vägar att gå för att komma vidare med utvecklingen av konceptet och ta det till marknad. För att nå en större bredd i potentiella användningsområden bör alternativa biobaserade barriärformuleringar från flera olika leverantörer utvärderas, för att på så vis skapa ett urval av lösningar som snabbt kan skräddarsys för specifika ändamål. Fortsatt utveckling och optimering av det påbörjade spåret med extrudering och formsprutning avtermoplastisk stärkelse med lågt vatteninnehåll har potential att stärka möjligheterna för att nå en snabb väg till storskalig produktion utan stora investeringskostnader, eftersom utrustning utformad för bearbetning av fossilbaserade termoplaster kan nyttjas för de stärkelsebaserade materialen.

Ihop med de formningstekniker som utvecklats har resultaten bidragit till ett ökat intresse från såväl barriärformulerare, stärkelse- och förpackningsleverantörer för fortsatt utveckling. Tillsammans med att materialet är transparent ses goda förutsättningar ur ett design- och marknadsmässigt perspektiv för en rad olika varumärken och produktkategorier inom livsmedelsindustrin. Att materialet består av icke-toxiska komponenter och även kan göras ätbart skapar potential för nya typer av förpackningslösningar.

Med utgångspunkt i det stärkelsebaserade grundmaterialet undersöks möjligheterna för att utveckla en biobaserad barriärlösning som kan förpacka vätska under en längre tid för Eckes-Graninis produkter, där barriärutvecklare har visat intresse för ett gemensamt utvecklingsprojekt.

I ljuset av svårigheterna med att skapa material med erforderliga barriäregenskaper för dryckesförpackningar är ett naturligt nästa steg att identifiera lämpliga produktkategorier inom livsmedelsförpackningssegmentet som har produktspecifikationer som inte ligger allt för långt ifrån dem som hittills uppnåtts, för att på så vis korta ned utvecklingstiden för nya produkter. I nuläget har bland annat engångsprodukter samt transparenta fönster i förpackningar för torra varor identifierats som intressanta. Genom dialog med flera behovsägare ses goda förutsättningar för att hitta olika användningsområden för materialet.