GoneShells: biobaserade nedbrytbara förpackningar – steg 2

Projektet pågick mellan november 2022 och mars 2025.

GoneShells är ett koncept av biologiskt nedbrytbara material, som ska erbjuda ett alternativ till papper, plast och glas för att förpacka livsmedel. Materialen består av en formbar stärkelse-baserad 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 design. Med ett material med förmågan att snabbt och enkelt brytas ned på olika sätt är det möjligt att skapa mindre belastning på återvinningssystem. Med fokus på att ersätta transparenta förpackningar av plast, finns även möjlighet att minska problem kopplat till utsläpp av mikroplaster.

Syftet med hypotesprövningen är att vidareutveckla det stärkelsebaserade materialet genom att skräddarsy barriärlösningen och optimera kompositionen av stärkelse för att förbättra dess förmåga att förpacka livsmedel under en längre tid. Genom optimering av materialets egenskaper enligt ovan, tillsammans med framtagning av prototyper samt fortsatt utveckling och optimering av det påbörjade spåret med extrudering och termoformning anses TRL 5 kunna nås. Om materialets egenskaper optimeras enligt plan i kombination med fördjupad marknadsanalys och affärsmodell i samarbete med behovsägare bedöms MRL nivå 4 kunna nås. Genom tester av materialets komposterbara förmåga är bedömningen att SRL nivå 4 kan nås.

Deltagare

Tomorrow Machine AB, Nordic Barrier Coating AB, Eckes-Granini Group GmbH, Sveriges stärkelseproducenter Förening upa, Happy Forsman och Bodenfors AB. RISE Research Institutes of Sweden AB, Biovetenskap och hälsa har medverkat som konsulter.

Budget

Projektets budget var 4 MSEK.

Därför var detta viktigt

Då konceptet både kan ersätta fossilbaserade råvaror för förpackningar med förnybara biobaserade, och möjliggör effektiv nedbrytning av produkterna efter användning, syftade projektet till att minska användningen av fossilbaserade material, skapa mindre belastning på återvinningssystem, minska deponier och minska problem förknippade med att förpackningsmaterial hamnar i naturen och haven. Att materialet består av icke-toxiska komponenter är också en fördel i förhållande till utsläpp av mikroplaster.

Förväntade resultat

Bedömningen var att GoneShells-produkter kunde kombinera hög innovationshöjd med uppskalningoch kommersialisering utan stora investeringar, eftersom utrustning utformad för bearbetning av fossilbaserade termoplaster kunde nyttjas för de stärkelsebaserade materialen. Med behovet av att skräddarsy barriärformuleringen, medverkade Nordic Barrier Coating som utvecklar biobaserade beläggningar och organiska bindemedel. Projektet erbjöd även stärkelseproducenter nya användningsområden för sina råvaror, där Lyckeby medverkade som aktiv part. Ett stort antal slutanvändare hade visat intresse förprodukterna, varav Eckes-Granini medverkade som aktiv part.

Se även filmsekvens på extrudering: Film 2 – GoneShells extrudering

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

Efterfrågan på biobaserade förpackningar ökar, särskilt drivet av krav som EU:s single-use plastics directive och EU Bioeconomy Strategy. Livsmedelsindustrin står för en betydande del av efterfrågan av förpackningar. Dagens material som plast, metall och glas kan ofta återvinnas, men processen är energikrävande och försvåras av sammanblandningen av olika material. Biologiskt nedbrytbara förpackningar kräver oftast industriell kompostering och bryts sällan ned i naturen eller haven. GoneShells är ett utvecklingsprojekt för en serie biologiskt nedbrytbara material baserade på formbar stärkelse, belagd med en biobaserad barriär mot vätska, olja och syre.

Detta övervinner stärkelsematerialets känslighet för vatten och möjliggör nya applikationer. Materialet designas för att brytas ned utan industriell kompostering och för att endast bestå av icke-toxiska komponenter. Projektet utmanar traditionella synsätt på förpackningar genom att erbjuda transparenta, flexibla lösningar som kan brytas ned i takt med innehållets livslängd eller den situation de är avsedda för, vilket gör det möjligt att skapa mindre belastning på återvinningssystem, minska deponier och minska problem förknippade med att förpackningsmaterial hamnar i naturen och haven.

Materialet baseras på förnybara resurser som potatis eller biprodukter från livsmedelsproduktion och kopplar främst till FNs mål 12: Hållbar konsumtion och produktion, med fokus på delmålen 12.5 Minska mängden avfall markant, 12.2 Hållbar förvaltning och användning av naturresurser. Skalbarheten i projektet utan kvalitetsförlust stärker materialets väg till kommersialisering och potential som hållbart alternativ till fossil-baserade förpackningslösningar.

Konkreta resultat

Den tekniska utmaningen inom projektet bestod i att optimera och förlänga livslängden på materialet från steg 1- projektet, genom att förbättra stärkelsematerialets mekaniska egenskaper och kombinera detta med kompatibla barriärlösningar och utveckla produktionstekniken för storskalig tillverkning. Genom olika modifieringar och tillsatser har både de mekaniska och barriärmässiga egenskaperna hos de termoplastiska stärkelsefilmerna (TPS) avsevärt förbättrats.

Olika typer av stärkelse, både naturliga och modifierade med mjukgörare och andra tillsatser testades med avseende på löslighet, filmformning och gelatinisering. Den tekniska optimeringen har resulterat i flexibla, starka och transparenta filmer. Genom utveckling och tester som validerar att de högkvalitativa TPS-filmer kan produceras industriellt via en effektiv enstegsextrudering, där gelatinisering och extrudering sker samtidigt kunde mekanisk styrka, stabilitet och barriärprestanda förbättras ytterligare. Tekniken underlättar förmågan att kontrollera dessa parametrar och möjliggör produktion av filmer med specifika, önskade egenskaper. Detta gör filmerna lämpade för användning i flerskiktsbarriärstrukturer, vilket i sin tur ger förbättrad prestanda i olika förpackningsapplikationer.

Produktionsmetoden är också en förutsättning för hypotesen om en sandwichstruktur med extrudering, laminering och varmpressning till 2D- och 3D-former, vilket kunde verifierats inom projektet. De laminerade filmerna visar mycket goda barriäregenskaper mot vatten och olja och lämpar sig för olika förpackningsapplikationer. Flexibla filmer av termoplastiskt stärkelsematerial tillverkades i större volym genom extrudering på rulle. Barriärlager framställdes genom extrudering men även formblåsning. Därefter sammanfogades lagren för att varmpressas till 3D-former.

Efter flera omgångar av försök genomfördes utförliga materialkarakteriseringar på tre optimerade stärkelseformuleringar, i kombination med en handfull barriärmaterial. Tekniska detaljer kring försöken samt resultat från dessa finns sammanställda i en rapport. Materialprover, tester med 3D-forming samt prototyper som utforskar möjligheter kring design i nästa steg finns samlat. Även intervjumaterial med fokus på konsumentperspektivet finns dokumenterat. Sammantaget visar resultaten att materialet har stor potential att ersätta traditionell plast och bidra till hållbara lösningar.

Resultatens effekter och potential

Möjligheten till en skalbar produktion med en enstegsprocess för extrudering har etablerats, vilket möjliggör produktion av högkvalitativa TPS-filmer i industriell skala. Tillsammans med att de laminerade filmstrukturerna uppvisar förbättrade barriäregenskaper för vatten och olja skapas förutsättningar för olika förpackningsapplikationer. Enstegsprocessen effektiviserar produktionen, erbjuder potential för minskade kostnader och energianvändning och förbättrar den totala bearbetningseffektiviteten jämfört med traditionella metoder – avgörande för att konkurrera på marknaden.

Processparametrar som temperatur, skruvhastighet och materialförhållanden finjusterades, vilket direkt förbättrade filmegenskaper som mekanisk styrka, stabilitet och barriärprestanda. Kontroll över dessa parametrar möjliggör produktion av filmer med specifika egenskaper. De förbättrade filmerna kan användas i flerskiktsbarriärstrukturer och bidrar till mer funktionella och hållbara förpackningslösningar. Potentialen för storskalig produktion av de optimerade stärkelsefilmerna utan att kompromissa med kvaliteten demonstrerades. Denna skalbarhet är avgörande för en framgångsrik kommersialisering. Resultaten belyser potentialen hos TPS-filmer att ersätta konventionella material, vilket bidrar till ett mer hållbart alternativ till fossilbaserade förpackningslösningar.

En framgång i projektet är att produktionsförutsättningarna nu ligger i linje med etablerade metoder för tillverkning av innovativa barriärmaterial – avgörande för samarbeten och utveckling framåt. Att hitta kompatibla barriärer har varit en av projektets största utmaningar, där flera tidiga alternativ inte visade sig fungera optimalt med stärkelseformuleringen. För att bredda urvalet kontaktades fler svenska och internationella leverantörer för biobaserade lösningar. Detta ledde till flera nya samarbeten för fortsatt utveckling. De mest lovande barriärerna levererades som granulat, vilket kräver extrudering till filmer, och stärker konceptet med sandwichstrukturen som produktionsmetod, vilket även ger flexibilitet att kombinera olika materialegenskaper för optimerad barriärprestanda.

På produktionssidan har dialog och samarbete etablerats med flera förpackningsproducenter som idag använder industriellt tillämpade produktionstekniker för fossilbaserade material. Dessa aktörer har uttryckt ett stort intresse för att genomföra tester med det nya materialet i befintlig processutrustning och för fortsatt samverkan kring materialanpassning och skalning. Ett särskilt värdefullt resultat är utvecklingen av en effektiv enstegsprocess för extrudering av stärkelsefilmer, vilket förenklar produktion och kan minska både energiåtgång och kostnader samt de tester som visar att filmerna kan 3D-formas för mer krävande applikationer.

Samhälleliga förutsättningar

EU:s bioekonomistrategi (EU Bioeconomy Strategy) och förslaget Clean Industrial Deal (Den nya given för ren industri), som presenterades i februari 2025, betonar vikten av en cirkulär bioekonomi där förnybara material kan ersätta fossila, vilket öppnar upp för nya möjligheter för fortsatt utveckling. EU:s Green Claims Directive kan skapa konkurrensfördelar för materialet, men kräver samtidigt ökad bevisföring samt ytterligare underbyggnad, transparens och verifiering av hållbarhetsaspekter.

Efterfrågan på biobaserade förpackningar ökar, särskilt drivet av EU:s single-use plastics directive. Med stor potential inom engångsprodukter blir det viktigt att fokusera på områden där traditionellt återanvändbara alternativ inte är önskvärda. Med rådande lågkonjunktur och en mer priskänslig marknad finns stora utmaningar i lanseringen av nya material, vilket initialt kan innebära högre omkostnader för producenter, behovsägare och slutkonsumenter. Att samarbeta nära tillverkningsindustrin blir avgörande för att säkerställa konkurrenskraftiga priser, men också att skapa fördelar i fråga om design och funktionalitet.

Extern synlighet

Kommunikation kring projektet har huvudsakligen riktats mot kommersiella plattformar inom livsmedel, förpackningar och materialutveckling, både i Sverige och internationellt, med omkring 60 publicerade artiklar i medier såsom Dezeen, Dagens Industri, Dieline, DesignWeek, WeWux, TT, Very Compostable, Packnet, Creative Boom, LS:N Global, Viable Earth, Green Media JP, Goldbach Media, FoodTalks och Biofuels Digest. Projektet har även presenterats vid ett flertal konferenser, mässor och evenemang kopplade till grön omställning och nystartade verksamheter, däribland BioInnovation, SEB Next Award, Venture Cup, Almi Invest, Antler, Nature4Growth, Connect Sverige och One Creation Environmental Innovation Awards, med flera.

Nästa steg

För att fullt ut kunna utnyttja materialets potential krävs fortsatt forskning kring bearbetning samt utveckling av nya formuleringar för mer hållbara och högpresterande TPS-material. I och med att flera samarbeten och dialoger har inletts med aktörer inom biobaserad barriärutveckling, bedöms det finnas goda möjligheter att i nästa steg vidareutveckla och anpassa barriärformuleringarna. Detta arbete kan ta avstamp i den tekniska kunskap som hittills genererats inom projektet.

Potentialen för storskalig produktion av de optimerade stärkelsefilmerna utan att kompromissa med kvaliteten demonstrerades, vilket har skapat intresse hos förpackningsproducenter som idag använder produktionstekniker för fossilbaserade material. Ett naturligt nästa steg blir att testa materialet i deras utrustning, optimera vidare för produktion och tillsammans få en bättre förståelse för kostnader och effektivisering. De optimeringar som genomförts avseende både materialets slitstyrka och barriäregenskaper, i kombination med ett tydligt intresse från industri och marknad, indikerar en stark potential för engångsprodukter med särskiljande design och funktionalitet. Detta bedöms vara ett lämpligt första steg i lanseringen av materialet – särskilt inom tillämpningar där återanvändbara alternativ inte är önskvärda.

Under projektets gång har dialog inletts med svenska aktörer som uttryckt intresse för att testa produkten i liten skala, både inom specifika användningsområden och i samband med utvalda evenemang. I nästa steg ses potential att kombinera finansiering från olika håll för att ta materialinnovationen vidare, samt arbeta nära och direkt med producenter av livsmedelsförpackningar för att möjliggöra lansering i liten skala, där delar av befintlig projektgrupp fortsätter att medverka tillsammans med nya aktörer.

Läs om: GoneShells: Biobaserade nedbrytbara förpackningar – steg 1