Utilisation of by-products of food industry for development of a liquid biodegradable mulch film to control weeds in row crop production

En sirkulær bio-økonomi har vært et mål for nasjonale og internasjonale myndigheter de senere år. Utnytting av restfraksjoner fra norsk næringsmiddelindustri gjennom verdiskapning og innovativ produktutvikling bidrar til den norske bio-økonomien. Prosjektets forskningsmål var å utvikle utstpøytbare jord-film formuleringer og teste disse som strategi for ugras bekjempelses på landbruksjord i radkulturer. Som råstoff for disse filmene ble det valgt lav-verdi bi-strømmer som potetskall (BAMA) og fjær (Norilia). Konsortiet for prosjektet ble dannet av forskningsinstitusjonene NIBIO, Norner Research AS, ?Technical Research Centre of Finland? (VTT) og Nebraska-Lincoln universitet, USA samt industripartnerne Gartnerhallen, Bama Gruppen AS og Tommen Gram Folie AS (inkludert Tommen Gram Agri). Våre produktutvikling og uttesting baserte seg på tilgjengelige bi-strømmer, litteratursøk, patentbeskrivelser og bio-nedbrytbare filmer som var tilgjengelige på markedet. Utvikling og testing av filmer ble utført på glass i laboratorium ved Norner og Nebraska-Lincoln universitet og i jord i potteforsøk i veksthus og forskningsfelt på friland (NIBIO) og ute hos produsenter (Tommen Gram Agri and NIBIO). I lab studiene ble filmene sprøytet ut på glass og løsnet etter tørking for å teste fysiske egenskaper for filmene. Testing på jord (sand og leirjord) ble utført ved å undersøke effekter på spirende ugrasfrø der filmdekket jord ble sammenlignet med åpen jord. I utvikling av filmene har vi testet virkning av tilsetningsstoff som plast-mykner (glyserol), polyvinyl alkohol, ulike kryssbindere (sitronsyre, formaldehyd, boraks) og fyllstoff (fjær-mel, kitosan, cellulose, leire, kritt). Resultatene viste at det er mulig å lage relativt fleksible og sterke filmer fra potetskall ved å tilsette glyserol og polyvinyl alkohol. Tilsetting av fyllmateriale (fjær-mel, cellulose, leire, kritt) forbedret de mekaniske egenskapene i potetskallfilmer. Ved å tilsette kryssbindere (boraks og formaldehyd) viste potetskallfilmene akseptabelt gode egenskaper ved testing på glassplate. Tilsetning av karbon svart (pulver) gav mørke relativt lystette filmer. Partnerne ved Universitetet i Nebraska-Lincoln testet muligheter for å bruke hydrolyserte fjær som bestanddel i filmer for å redusere svelling og mykhet ved utsettelse for regn/fuktighet. Resultater fra felt tester viste at alle formuleringene hadde god dekkevne ved utspøyting og var uproblematiske å legge ut med vanlig landbruks sprøyte. Filmene tørket i løpet av noen timer og dannet en sterk hinne på jordoverflaten. Utfordringen kom imidlertid etter første vanning. Filmene utgjorde fortsatt en intakt hinne, men de svellet og ble myke i konsistensen og etter opptørking viste flere av filmene tendens til sprekking. Den myke vanneksponerte filmen var gjennomtrengbar for spirende ugras og vi oppnådde dermed ikke tilfredsstillende begrensning av ugras. En tendens til spirehemming av ugras og moderate skader på kulturplantene ble observert for filmen med boraks som kryssbinder. Ingen av de andre filmene viste tegn til giftighet for plantene. I de sist utviklede film formuleringene var inntil 50% av potetskallet erstattet med keratin fra hydrolyserte fjær. Denne filmen hadde noe begrensing i vannopptak og svelling, men var likevel ikke god nok til å gi tilfredsstillende resistens mot svelling ved vanning og dermed ingen tilfredsstillende hemming av ugrasspiring. Utsprøytbare filmer dannet av potetskall og fjær vise seg å være vellykkede når de ble testet i tørre omgivelser i laboratorium. De tilfredsstilte også fysiske egenskaper i å være utsprytbare med tradisjonell landbrukssprøyte. Derimot viste ingen av film formuleringene seg å være gode nok i felt for å hemme spiring av ugras. De utviklede filmene viste ulemper knyttet til svelling (redusert styrke) i kontakt med vann og produktene bestod dermed ikke testen med å ta produktet fra lab og ut i felt. Selv om konsortiet fikk tilegnet seg bred kunnskap om utvikling av polymere filmer og testing av deres egenskaper i ulike miljø så lykkes vi ikke i å oppnå målet om en tilfredsstillende film formulering for bekjempelse av ugras. Det trengs en videre optimalisering av filmene for å gjøre dem mer motstandsdyktige mot vann og varierende jordfuktighet.

The proposed project is intend to utilize the low-value side-streams of Norwegian food industry in developing a biodegradable sprayable mulch film to protect the row crops from germinating weeds. An important aspect of the proposed project in addition to adding value to bio-waste, developing a potential environmental friendly substitute for herbicides as well as petroleum-based polymer much films which are not environmental friendly. There has been a large amount of knowledge generated within the fiel d of biodegradable films from high-value biological components for other applications. The focus of the current project is to build knowledge and competence in development and characterisation of films based on products like polysaccharides (starch) from potato, gelatin and protein from animal or fish as well as chicken feathers. The challenges associated in the proposed project are to identify and evaluate suitable components of co-streams of food industry for biodegradable soil film (WP1), developing re cipe formulations for film and evaluating film for mulching applications (WP2). The suitability and ability of the developed films will be evaluated in agricultural field against germinating weeds (WP3). The food industry partners BAMA and Norilia will have benefit from this project according to utilisation of their low cost bio-waste streams. The environmental and labour efficient method for weed protection of crops will reduce production costs and herbicide use for the farmers represented by Gartnerha llen.