ERA-NET: Novel enhanced bioplastics from sustainable processing of seaweed (PlastiSea)

PlastiSea har som mål å utvikle nye bioplastmaterialer basert på kultivert og villhøstet tang og tare fra Norskekysten. Konvensjonell plast lages fra ikke-fornybare fossile ressurser og forurensning av disse materialene er en global trussel mot marine miljø. Som et resultat av dette har behovet for alternative biobaserte og biodegraderbare materialer, særlig innenfor mat- og serveringssektoren, økt betydelig. Dagens bioplastmaterialer står likevel ovenfor utfordringer knyttet til råstoffenes bærekraft, lav biodegraderbarhet og resirkulerbarhet, høye kostnader og utilfredsstillende mekaniske egenskaper. Prosjektets hovedmål er å utvikle nye bioplastmaterialer basert på ulike dyrkede og villhøstede brunalger. Brunalger har et urealisert potensial til bruk i materialer, i og med at de inneholder en naturlig stor mengde komplekse karbohydrater med gode strukturegenskaper og at biomassen kan kultiveres i stor skala med et positivt miljøavtrykk. Det kreves riktignok ny forskning for å få en økt forståelse av de ulike artene av tang og tare som kan brukes, for å utvikle skalerbare bioraffineriprosesser mot foredling av biomassen, og for å utvikle nye materialformuleringer og produksjonsmetoder. Som en potensiell ny verdikjede kreves også livssyklusanalyser og økonomiske analyser for å se muligheter og begrensninger rundt tang og tare-basert bioplast. Prosjektet er avsluttet og har vært en stor suksess i lys av måloppnåelse, innovasjon, og vitenskapelig og populærvitenskapelig formidling. PlastiSea har vist hvordan sesongvariasjoner i dyrkede brunalger kan påvirke egnetheten i bioplastmaterialer, som påvirker valg av høstetidspunkt og viser viktigheten av god karakterisering av råstoffet før bruk. Videre har det blitt utviklet nye skalerbare prosesser for stabilisering av fersk biomasse etter høsting og videre foredling til strukturelle biopolymerer, som tidligere ikke er demonstrert for dyrkede brunalger i Europa. Prosjektet har utviklet nye og innovative prototyper til bioplastmaterialer, deriblant gjennomsiktige fleksible filmer og harde komposittmaterialer, og karakterisert disse. Her har det blitt vist hvordan sammensetningen av materialene og strukturen på alginatet fra brunalgene kan styre mekaniske og funksjelle egenskaper i materialene. PlastiSea har videre studert metodikk og instrumentering for oppskalert produksjon av tarebasert plast og demonstrert produksjon av utvalgte prototyper i pilotskala. En viktig del av prosjektet har vært miljøanalyser av hele verdikjeden, for å både se på bærekraft i fremtidens råstofforsyning og miljøavtrykk fra produksjon av råstoff (taredyrkning), til prosessering av biomassen, tillagning av bioplastmaterialer, og endelig kompostering av materialer. I tillegg til emballasjematerialer til mat og lignende produkter har prosjektet også utviklet avanserte nanomaterialer fra kjemisk modifiserte alginater og cellulose fra brunalgene, til mulig bruk i høykostnadsanvendelser som elektronikk og farmasi.

The PlastiSea project has largely fulfilled the anticipated outcomes and impacts - Novel bioplastic materials have been developed from cultivated brown algae, including compostable packaging materials and high-value nanomaterials based on functionalized seaweed polysaccharides. This has been documented through prototype demonstrations, and scientific publications and presentations. These are novel materials from a novel raw material (cultivated algae) - New knowledge has been generated on biorefining of cultivated brown algae, which was previously only established for wild harvested species. The project has done extensive environmental analyses to assess the sustainability of the processes, and technical/economic analyses to assess scalability and future industrial implementation. - The project has contributed to an increased market interest in seaweed-based materials and to bridging the gap between biomass producers and end users. Development of such large-scale applications will be instrumental for stimulating and upscaling the European seaweed-based industries, where technology and knowledge generated in PlastiSea will be directly used by stakeholders. - PlastiSea has generated a large contact network and new project activities in collaboration with technology providers and end users for the continued development of seaweed-based bioplastics. The consortium has further been active in open and popular scientific communication, thus engaging consumers and overall society in the research.

Conventional plastic materials are made from non-renewable resources and pollution by these materials represents a global threat to marine environments. The EU recently voted for a complete ban of the most common single-use plastics by 2021, which has significantly stimulated the interest in bio-based and biodegradable materials, particularly in the food packaging and service industries. However, bioplastics still face challenges related to sustainability of the feedstock, low biodegradability and/or recyclability and unsatisfactory properties, limiting their applications and widespread implementation. The main objective of PlastiSea is to develop novel bioplastic materials based on cultivated and wild species of brown algae. The project will thus provide innovative and sustainable bioplastic substrates with promising properties, and simultaneously add value to a growing seaweed industry in Europe. The seaweed biomass will be processed to obtain polysaccharide-rich fractions, employing various degrees of refinement toward high-volume applications in the food industry as well as high-performance products for the biomedical sector. Novel bioplastic substrates will be developed with a focus on competitive structural properties and biodegradability, utilizing inherent properties of seaweed polysaccharides combined with novel bioplastic formulations and structuring technology. High-volume products will be developed toward pilot-scale manufacture and future industrial-scale implementation after the project's end. The value chain from raw material to products will be evaluated from an environmental and economic perspective to identify and address challenges and opportunities in scaling and ensure a sustainable pipeline for value creation. The PlastiSea consortium consists of partners from Norway, Sweden, Denmark and Spain, and combines research expertise with industrial innovation to achieve the project's goals and fulfil the visions of the Blue Bioeconomy.