15 februari, 2025
Hur kan förpackningsindustrin på ett ansvarsfullt sätt minska sin miljöpåverkan? Materialvetenskapen svämmar över av innovativa idéer.
Några av de största vetenskapliga genombrotten har kommit genom lagarbete – och förpackningar för mat och dryck är fulla av möjligheter till innovationssamarbete. Förpackningsindustrin, som överbryggar viktiga sektorer som hållbarhet, materialutveckling och livsmedelssäkerhet, har gjort stora framsteg när det gäller att minska förpackningarnas koldioxidavtryck och förbättra deras återvinningsbarhet samtidigt som livsmedel och drycker hålls säkra. Men det finns gott om utrymme för ytterligare innovation.
”Vi samarbetar med ledande vetenskapsmän och forskare inom en rad olika områden för att utforska den senaste tekniken och nya material, så att vi kan fortsätta att utveckla våra kartongförpackningar mot världens mest hållbara
livsmedelsförpackningar1,” förklarar Joakim Tuvesson, Vice President för Materials and Packaging på Tetra Pak.
Att lära av det förflutna för att skapa innovation för framtiden
Materialvetenskapen har tagit stora kliv framåt under det senaste århundradet. Vår förståelse för materialens potentiella användningsområden ligger ljusår före vad den gjorde för flera decennier sedan, och detta ger forskarna ett brett fält av möjligheter att arbeta inom.
”Tänk bara på Bill Hoyt, den guldvinnande olympiske stavhopparen från 1896, som använde en stav av hickoryträ för att nå en höjd av 3,30 meter”, säger professor Rajni Hatti-Kaul, professor i bioteknik vid Lunds universitet. ”Det var visserligen imponerande för 130 år sedan, men det bleknar i jämförelse med dagens idrottare som använder glasfiber- och kolfiberstavar för att nå över sex meter!”
”Ju mer förnybara och återvinningsbara material som kan användas i en förpackningslösning, desto mindre blir miljöpåverkan.”
Men framstegen inom materialteknik är inte utan nackdelar. På global nivå står vi inför stora miljöutmaningar i samband med moderna material, särskilt plast som härrör från fossila bränslen. Dessa material är icke-förnybara resurser som för närvarande bidrar med cirka 4 % av de globala utsläppen av växthusgaser.
Man skapar inte bara ett nytt material över en natt
Lyckligtvis har detta dilemma inspirerat en generation av innovativa materialforskare att se sig om efter möjligheter på annat håll. Utöver den obestridliga prioriteringen att upprätthålla kvalitets- och hygienstandarder är två egenskaper särskilt avgörande i förpackningssammanhang: förnybarhet och återvinningsbarhet. Ju mer förnybara och återvinningsbara material som kan användas i en förpackningslösning, desto mindre blir miljöpåverkan.
Men för att lyckas utveckla mer hållbara förpackningslösningar utan att äventyra livsmedelssäkerheten måste man vara engagerad, eftersom det ofta finns en ledtid på upp till 20 år när det gäller att utveckla nya material och tekniker. Kardborreband, till exempel, tog 10 år att forska fram och utveckla.
En övergång till mer förnybart material
Att minimera koldioxidavtrycket från förpackningar börjar från början, med de material som ingår och hur de anskaffas. Och branschen är på god väg att utveckla alternativ till fossilbränslebaserade material som är mindre belastande för miljön.
”Vi har bara börjat skrapa på ytan, men det finns en fantastisk potential i växtbaserade polymerer, för att nämna ett exempel, som kan skapas med hjälp av grön kemi och metabolisk teknik hos mikroorganismer”, säger professor Hatti-Kaul. ”Dessa metoder möjliggör produktion av byggstenar som kan användas i plast och erbjuder ett mycket kraftfullt alternativ till fossilbaserade material.”
”Det finns ofta en ledtid på upp till 20 år när det gäller att utveckla nya material och tekniker.”
Tetra Pak har redan tagit ett stort steg framåt på det här området och använder växtbaserade polymerer för beläggning av lock och förpackningsmaterial samt har utvecklat en pappersbaserad barriär som ett alternativ till det aluminiumfolielager som används i traditionella aseptiska kartonger. Och framtiden ser lovande ut: forskning och utveckling av nya material banar väg för ett systemskifte inom polymerproduktion och hållbar återvinning.
”Genom nya produktionstekniker och processer arbetar forskarna hårt för att bidra till att minska vårt beroende av fossila bränslen”, tillägger professor Hatti-Kaul. ”Detta skulle verkligen minimera förpackningsmaterialens miljöpåverkan.”
För samman materialspecialister och modellbyggare
Att arbeta för att få in en högre andel förnybara och återvinningsbara material i förpackningarna är bara en del av ett mycket komplext pussel. Det pusslet måste också innehålla en noggrann uppmärksamhet på livsmedelssäkerhet. Därför finns det ett tydligt behov av samarbete mellan materialspecialister, experimentalister och modellbyggare, som tillsammans kan skapa heltäckande modeller som exakt förutsäger hur dessa material kommer att bete sig i verkliga tillämpningar.
”Vi har bara börjat skrapa på ytan, men det finns en fantastisk potential i växtbaserade polymerer, som kan skapas med hjälp av grön kemi och metabolisk teknik.”
”Ta till exempel vad som händer med polymerer under deformation: det är förändringarna och interaktionerna på polymerkedjornas nivå som leder till materialets övergripande beteende”, säger Stephen Hall, professor i hållfasthetslära vid Lunds universitet. ”Att förstå materialens egenskaper från deras relevanta mikrostrukturella skalor under olika förhållanden är avgörande för tillförlitliga förpackningslösningar, eftersom det är dessa egenskaper som påverkar förpackningens förmåga att skydda livsmedlet i den.”
Röntgenteknik hjälper oss att förstå när material bryts ned
Kritiska frågor som att förstå förhållandet mellan vatteninträngning och deformation i pappersmaterial – vilket är nödvändigt för att utveckla pappersbaserade förpackningar som är både hållbara och återvinningsbara – är beroende av vad professor Hall kallar ”materialkarakterisering.” I denna process ingår att förstå materialens egenskaper under olika förhållanden för att bedöma materialets lämplighet för specifika tillämpningar.
Det är här som avancerade experimentella tekniker som röntgentomografi och röntgenspridning kommer in i bilden. Att skapa en bild av ett föremåls eller materials inre struktur, från atomnivå till produktskala, är några av de viktigaste teknikerna som används av experter på Max IV, en forskningsanläggning som drivs av Lunds universitet.
”Det första steget i denna process är att mäta strukturen hos material som kartong och plast på atom-, molekyl- och mikrostrukturnivå med hjälp av dessa röntgentekniker”, förklarar professor Hall. ”Sedan utsätter vi materialet för t.ex. värme, fukt eller andra miljöförhållanden för att observera när och hur det förändras, deformeras eller bryts ned.”
Analysera data med artificiell intelligens
För att stödja och utnyttja den kunskap som genereras vid globalt erkända forskningsinstitutioner och faktiskt omsätta den i praktiken har Tetra Pak inlett ett samarbete med Lunds universitet.
I ett av de första projekten inom detta partnerskap använde forskarna artificiell intelligens för att analysera data från röntgenspridning. Denna analys ger värdefulla insikter i strukturen och beteendet hos material, som träfibrer och polymerer, under förhållanden som belastningsfall och materialförändringar.
”Med hjälp av röntgenteknik kan vi faktiskt observera förpackningsmaterialets molekyler och se när de bryts ned, löses upp eller deformeras.”
Forskarna använder denna information för att fastställa materialens motståndskraft, vilket är en av de viktigaste egenskaperna när det gäller livsmedelsförpackningars säkerhet. När materialens fysik har fångats upp mer exakt kan modellbyggare använda den informationen för att utveckla modeller om materialets beteende, vilket är avgörande för att fatta välgrundade beslut om materialutveckling för förpackningar.
Forskning som kan ge fördelar långt bortom förpackningar
Samarbeten som detta har inte bara potential att förändra förpackningsindustrin, konsekvenserna kan sträcka sig långt utanför den. Utvecklingen av helt förnybara och återvinningsbara material har potential att sätta nya standarder inom flera sektorer, från konsumentvaror till hälsovård.
”Vi vill använda material som kan komma från förnybara resurser och som enkelt kan återvinnas i slutet av sin livscykel, men det är bara en del av vårt övergripande mål”, säger Joakim. ”Utmaningen är inte bara att skapa hållbara förpackningar, utan att omdefiniera hela livscykeln för förpackningsmaterial.”
”Utvecklingen av helt förnybara och återvinningsbara material har potential att sätta nya standarder inom flera sektorer, från konsumentvaror till hälsovård.”
Kunskaperna från dessa studier kan potentiellt också påskynda övergången till en cirkulär ekonomi. Sådana framsteg kan skapa ringar på vattnet och förändra konsumenternas förväntningar så att företagen måste förbättra hållbarheten i sin verksamhet och sina produkter, och i slutändan påverka lagstiftningen så att den ligger i linje med vad som är bäst för både människors hälsa och planeten.
Om du vill lära dig mer om vetenskapen bakom utvecklingen av förpackningsmaterial, läs vår artikel om livsmedelsförpackningars säkerhet. Se hur våra experter arbetar för att säkerställa att mer hållbara förpackningar inte sker på bekostnad av livsmedelssäkerheten.
Fler berättelser från vår värld
1En kartongförpackning är tillverkad av förnybara eller återvunna material som är ansvarsfullt anskaffade och som därmed hjälper till att skydda och återställa klimatet, resurserna och den biologiska mångfalden på vår planet, bidrar till låg koldioxidproduktion och distribution, är praktiska och säkra och ser därmed till att vi kan ha ett tåligt livsmedelssystem som är fullt återvinningsbart.