Mitigatiemaatregelen minerale oliën bij oud papier en karton

Oud papier en karton (OPK) kan minerale oliën bevatten, bijvoorbeeld afkomstig uit drukinkten. Als dit oud papier en karton wordt gebruikt om verpakkingen voor levensmiddelen te maken, kunnen deze oliën naar het voedsel migreren. Dit kan een risico vormen voor de gezondheid van mensen. Lisette Krul, Harrie Buist, Winfried Leeman en Claudia van den Berg (TNO) onderzochten in de periode 2017-2018 een aantal maatregelen om de migratie van minerale oliën uit oud papier en karton tegen te gaan. Het onderzoek werd begeleid door een klankbordgroep met vertegenwoordigers van de industrie en de brancheorganisatie Papier Recycling Nederland.

Het onderzoek richtte zich op de vraag in hoeverre verbetering van papierproductieprocessen kan bijdragen aan het verminderen van migratie van minerale oliën uit OPK én hoe zich dat verhoudt tot andere maatregelen, zoals het gebruik van schonere inkten.

In het verkennende onderzoek staan Krul e.a. met name stil bij de potentiele aanwezigheid van verzadigde koolwaterstoffen (MOSH) en aromatische koolwaterstoffen (MOAH) in voedingsmiddelen, mede als gevolg van het gebruik van gerecycled papier en karton bij verpakkingen. Ook inventariseren zij manieren om migratie tegen te gaan met maatregelen in de papierproductie. De vraag naar de mogelijkheden en beperkingen van dit type maatregelen kwam naar voren in het brancheverduurzamingsplan (2015) van de levensmiddelenindustrie (FNLI, CBL en NVG).

De maatregelen zijn beoordeeld op de belangrijkste aspecten: voedselveiligheid, duurzaamheid en kosten/haalbaarheid, met de focus op voedselveiligheid. Daarbij is gekeken naar het effect van een technologie op de reductie van MOSH en MOAH en is ook nagegaan of via de technologie andere nadelige stoffen (met het oog op voedselveiligheid) worden geïntroduceerd. Tot slot is de potentie van het verminderen van migratie via maatregelen in de papierproductie vergeleken met het gebruik van schonere (vrij van minerale oliën) inkten. Het onderzoek bouwde voort op een geactualiseerd literatuuronderzoek van Wageningen Universiteit & Research en TNO (Thoden van Velzen, EU, W.R. Leeman & ERT Krul (2018), Levensmiddelenverpakkingen gemaakt van oud papier en karton: migratie van minerale oliën. Wageningen: Wageningen Food & Biobased Research, rapport nummer 1764.)

Het onderzoek maakt duidelijk dat er technieken bestaan of in ontwikkeling zijn om minerale oliën af te vangen tijdens het recyclen. Praktisch, maar tegelijkertijd beperkt toepasbaar, is de gepatenteerde MB12-technologie van Smurfit Kappa. Daarnaast biedt flotatietechniek (om inkten te verwijderen) perspectief. Deze techniek is vanuit duurzaamheidsoverwegingen echter minder voor de hand liggend, vanwege het energie-intensieve karakter. Wellicht bieden technieken die nog in ontwikkeling zijn in de toekomst soelaas, zoals Superkritisch CO2 en thermische behandeling. In brainstormsessies werden Anionic Trash Catchers en gefunctionaliseerde klei ook toegevoegd, maar deze technieken staan nog in de kinderschoenen en konden daarom niet worden geanalyseerd op hun potentie om minerale oliën af te vangen.

Aanpak bij de bron via toepassing van schonere inkten, lijkt een aantrekkelijk alternatief. Omdat drukinkten uit kranten waarschijnlijk de grootste bron zijn van minerale olie in verpakkingsmateriaal, lijkt het toepassen van schonere inkten op kortere termijn echter moeilijk te realiseren. Producenten en gebruikers van drukinkten hebben geen direct belang bij deze vervanging. Daarnaast is de papiermarkt een mondiale markt, waar alleen onder stringente voorwaarden de toepassing van schonere inkten is af te dwingen.

Op kortere termijn is aanpassing van papierproductieprocessen te prefereren boven het toepassen van schonere inkten. Op langere termijn verdient de aanpak bij de bron de voorkeur. Hoe die aanpassing zich verhoudt tot de toepassing van barrières/liners, is niet onderzocht. Hier wordt elders onderzoek naar verricht.

Het verpakkende bedrijfsleven maakt in toenemende mate gebruik van gerecycled materiaal. OPK wordt al decennialang gebruikt in zowel de primaire als de secundaire verpakking (omverpakking). Voor wat betreft OPK als grondstof voor verpakkingsmateriaal voor voedingsmiddelen is er sinds enkele jaren toenemende aandacht voor migratie van minerale oliën, met name voor de verzadigde (MOSH) en aromatische (MOAH) koolwaterstoffen in die oliën.

Als MOSH en MOAH in verpakkingen van OPK voorkomen, dan zijn deze meestal afkomstig van drukinkten, maar ook lijm en procestechnieken kunnen bronnen zijn. Beide groepen verbindingen kunnen migreren naar de verpakte voedingsmiddelen. Blootstelling aan deze chemicaliën uit minerale oliën gebeurt ook nog op andere manieren, zoals direct uit voeding door procescontaminanten. Contaminanten zijn stoffen die onbedoeld in een product (zoals voedsel) of in het milieu voorkomen.

Door het ontbreken van consensus over de interpretatie van specifieke toxicologische effecten, is door de Europese Voedselveiligheidsautoriteit (EFSA) nog geen gezondheidskundige norm voor MOSH vastgesteld. MOAH zijn potentieel genotoxische verbindingen, waardoor gestreefd moet worden naar een zo laag mogelijke concentratie in voedingsmiddelen. Een genotoxische stof is een chemische stof die het erfelijke materiaal (DNA, chromosomen) kan beschadigen en zo erfelijke veranderingen kan veroorzaken (mutaties), die kunnen leiden tot bijvoorbeeld kanker en geboorteafwijkingen.

Het onderzoek maakt duidelijk dat over de verschillende bronnen én over het aandeel van die bronnen nog veel vragen bestaan. Maar omdat OPK door migratie een relevante bron is voor MOSH en MOAH, is het raadzaam om na te gaan in hoeverre deze vorm van blootstelling via maatregelen in de papierproductie (technologie) kan worden teruggedrongen. Daarbij is de potentie van maatregelen om minerale oliën te verwijderen afgezet tegen de potentie van het gebruik van schonere inkten.

Technologieën om minerale oliën te verwijderen zijn gericht op het verwijderen of op fixatie daarvan in het papier. In het onderzoek zijn verschillende technologieën bekeken: twee die al operationeel zijn, twee die in vroege staat van ontwikkeling zijn en twee die als initieel idee mogelijk in de toekomst potentie hebben.

De eerste al werkzame aanpak betreft fixatie via de MB12-technologie, waarbij actieve kool de oliën absorbeert. De tweede werkzame technologie richt zich op het verwijderen van inkten (ontinkten) via flotatie, een veel toegepaste techniek om papier witter te maken. Deze twee technieken zijn in het onderzoek daadwerkelijk beproefd door het effect op de migratie te analyseren op basis van monsters uit het productieproces van twee papierfabrikanten.

Naast beide werkzame aanpakken zijn er twee in ontwikkeling: verwijderen via Superkritisch CO2 en thermische reiniging via behandeling door stoom of door hete lucht.

Tot slot zijn er twee methoden op conceptueel niveau bedacht. De eerste is Anionic Trash Catchers (kationische polymeren), een techniek die voor andere doeleinden al wordt toegepast in de papierindustrie en ook toepasbaar lijkt voor minerale oliën. De tweede is het gebruik van gefunctionaliseerde klei, waarbij kleimineralen worden toegepast om minerale oliën te fixeren.

Zowel de bestaande technieken als technieken die in ontwikkeling zijn én de conceptuele ideeën zijn door de onderzoekers, voor zover mogelijk, beoordeeld op de onderstaande aspecten:

Voedselveiligheid: Reductie minerale oliën en analyse van de toxiciteit bij de introductie van nieuwe stoffen, tezamen beoordeeld aan de hand van een 5-puntschaal.
Duurzaamheid: Beoordeeld aan de hand van materiaalbehoud en -verlies, energieverbruik en nieuwe afvalstromen, steeds als gevolg van de technologie.
Haalbaarheid/kosten: Additionele kosten tijdens papierproductie op basis van te verwachten investeringsvolume. Haalbaarheid brede introductie van de technologie op basis van efficiëntie productie, implementeerbaarheid, Technology Readiness Level (TRL-niveau) én kwaliteit van het eindproduct.

NB: van de conceptuele ideeën is de effectiviteit en haalbaarheid niet onderzocht.

MB12

Deze methode wordt al in de praktijk toegepast en scoort per saldo licht positief op voedselveiligheid. Het leidt volgens meetgegevens tot een aanmerkelijke reductie van meer dan 70% van de migratie van minerale oliën. Er worden weliswaar nieuwe verbindingen aangetroffen als gevolg van de behandeling met actieve kool, maar de geïdentificeerde stoffen leveren geen aantoonbaar additioneel gezondheidsrisico.

Het overgrote deel van de aan MB12 gebonden minerale oliën wordt weggewassen (70%). Smurfit Kappa werkt aan de verwijdering van de laatste 30%, zodat cumulatie wordt beperkt. Toepassing van MB12 heeft geen negatief effect op duurzaamheid; er treedt geen additioneel verlies aan vezels op. De extra energie tijdens het proces zelf wordt gecompenseerd door minder energie tijdens het droogproces en er ontstaan geen nieuwe afvalstromen.

Toepassing levert geen merkbare verschillen op in geur en smaak van verpakte producten. Over de kosten dan wel de additionele kosten van gerecycled OPK zijn geen gegevens beschikbaar gesteld. De al jaren toegepaste technologie is gepatenteerd, dus niet breed inzetbaar.

Flotatie

Het flotatie-proces is ontwikkeld als methode om te ontinkten, dat wil zeggen het verwijderen van kleurstoffen en pigmenten. Afhankelijk van de OPK-soort en daarin aanwezige inkten/pigmenten zijn verschillende technologieën in gebruik. De in het onderzoek toegepaste flotatie-technologie blijkt ook te werken voor het verwijderen van minerale oliën. Daarmee scoort deze methode per saldo positief op voedselveiligheid. Volgens meetgegevens is de hoeveelheid minerale oliën met 70% tot 90% terug te dringen. Er worden wel nieuwe stoffen geïntroduceerd. Voor het merendeel daarvan zijn bij de gemeten hoeveelheden geen gezondheidsrisico’s te verwachten; voor het overige deel is aanvullend onderzoek nodig om conclusies te kunnen trekken.

Op duurzaamheid scoort de technologie minder goed, mede omdat er vezelverlies optreedt (tot maximaal 10% per flotatieronde). Daarnaast is veel energie nodig voor die flotatie én er ontstaan afvalstromen die apart moeten worden afgevoerd.

Qua kosten is sprake van een additioneel operationeel proces en zijn dus investeringen vereist. De productie verloopt niet minder efficiënt. Het systeem wordt al jaren toegepast voor het oorspronkelijke doel en leidt per saldo tot een meer hoogwaardig (witter) product.

Superkritisch CO2

Deze technologie is nog in ontwikkeling en lijkt veelbelovend. Tot 99% van de minerale oliën kan worden afgevangen, zonder dat er sprake is van extra blootstelling met gezondheidsrisico’s. Qua duurzaamheid is het beeld gevarieerd. De invloed op recyclebaarheid is naar verwachting zeer beperkt; wel is extra energie nodig om druk en temperatuur op te voeren. Het volume aan extra afvalstromen is beperkt of verwaarloosbaar als CO2 kan worden hergebruikt. De technologie gaat gepaard met hoge investeringskosten en exploitatiekosten, is niet gemakkelijk implementeerbaar en bevindt zich nog in de ontwikkelfase. Deze techniek heeft dus nog een behoorlijke weg te gaan en er zijn vraagtekens bij de kosten bij opschaling.

Thermische behandeling

Deze techniek is in ontwikkeling bij de TU Darmstadt en staat nog in de kinderschoenen. Thermische behandeling is aantrekkelijk in vergelijking met technologieën waarbij extra chemicaliën moeten worden toegevoegd aan de OPK-stroom. Op lab-schaal lijkt de techniek effectief: goed voor een verwijdering van 70-95%. Er bestaat enige onzekerheid over de vraag of tijdens het proces nieuwe verbindingen ontstaan. Qua duurzaamheid bestaat eveneens een wisselend beeld. Materiaalbehoud wordt niet noemenswaardig negatief beïnvloed; wel is extra energie nodig. Thermische behandeling laat geen residu achter, wel is luchtreiniging noodzakelijk. Over de kosten is nog weinig bekend.

Gebruik schonere inkten

Een alternatieve route is het gebruik van schonere inkten in het drukwerk van papier en karton. Dit zijn inkten die (per definitie) geen MOSH en MOAH kunnen bevatten; dit kunnen plantaardige inkten zijn of inkten op waterbasis. Deze inkten kunnen overigens mogelijk nog wel andere schadelijke stoffen bevatten.

Vooralsnog is de toepassing van schonere inkten een moeilijk haalbare route, vooral voor niet-voedselcontact toepassingen zoals voor kranten, omdat hierbij het directe belang ontbreekt. In de gehele keten (van productie tot hergebruik) zijn er meer dan zestig verschillende OPK-stromen, die verschillend zijn in kwaliteit door de toegepaste inkten, productieprocessen en druktechnieken. Aan het gebruik van alleen deze schonere inkten kleven volgens sommige inktproducenten nadelen voor de productieprocessen en druktechnieken, bijvoorbeeld omdat combinaties met op minerale oliën gebaseerde inkten nodig zijn om productie te draaien.

Qua veiligheid kan het gebruik van schonere inkten goed uitpakken, zij het dat er de zojuist genoemde operationele beperkingen zijn. Qua materiaalbehoud zijn er geen negatieve effecten te verwachten. Voor wat betreft energieverbruik is het beeld wisselend; bronnen spreken elkaar tegen.

Er worden geen andere afvalstromen verwacht bij het gebruik van schonere inkten. Toepassing van schonere inkten gaat gepaard met extra kosten in aanschaf van die inkten (25-30%) én mogelijk extra investeringen in druktechnieken. De efficiency van de productie wordt mogelijk negatief beïnvloed. Het is niet duidelijk of brede implementeerbaarheid haalbaar is. Bovendien is er geen eenduidig beeld over ‘het markt-gereed’ zijn: inkten op waterbasis lijken, onder voorwaarden, goed toepasbaar, maar voor inkten op plantaardige basis is dat (nog) onduidelijk.

Over het geheel genomen kan - op basis van de huidige kennis en inzichten - niet worden gezegd dat op korte termijn het toepassen van schonere inkten meer soelaas biedt dan de eerder besproken maatregelen in papierproductie. Op langere termijn is dat mogelijk wel het geval. Maar er is nog een lange weg te gaan, mede omdat de papiermarkt vanuit het huidige Nederlandse perspectief een mondiale markt is.

Potentie van mitigatiemaatregelen in de oud papier-en-kartonketen (OPK) ter reductie van minerale-oliemigratie naar voeding.

Levensmiddelen-verpakkingen gemaakt van oud-papier en karton: migratie van minerale oliën.

Presentatie Sustainable Packaging (17 januari 2019).

Lees hier het interview met onderzoeker Harrie Buist