La vérité sur les bioplastiques

les bioplastiques sont souvent présentés comme respectueux de l’environnement, mais sont-ils à la hauteur du battage médiatique?

Le monde a produit plus de neuf milliards de tonnes de plastique depuis les années 1950., 165 millions de tonnes ont saccagé notre océan, avec près de 9 millions de tonnes supplémentaires entrant dans les océans chaque année. Puisque seulement environ 9% du plastique est recyclé, une grande partie du reste pollue l’environnement ou se trouve dans des décharges, où il peut prendre jusqu’à 500 ans pour se décomposer tout en lixiviant des produits chimiques toxiques dans le sol.

Le plastique traditionnel est fabriqué à partir de matières premières à base de pétrole. Certains disent que les bioplastiques-fabriqués à partir de 20% ou plus de matériaux renouvelables—pourraient être la solution à la pollution plastique., Les avantages souvent cités du bioplastique sont une utilisation réduite des ressources en combustibles fossiles, une empreinte carbone plus faible et une décomposition plus rapide. Le bioplastique est également moins toxique et ne contient pas de bisphénol A (BPA), un perturbateur hormonal que l’on trouve souvent dans les plastiques traditionnels.

Kartik Chandran, professeur au Département D’ingénierie de la Terre et de l’environnement de L’Université Columbia qui travaille sur les bioplastiques, estime que par rapport aux plastiques traditionnels, « les bioplastiques sont une amélioration significative., »

Cependant, il s’avère que les bioplastiques ne sont pas encore la solution miracle à notre problème du plastique.

Dans quelle mesure les bioplastiques sont-ils biodégradables?

comme il y a souvent confusion quand on parle de bioplastiques, clarifions d’abord certains termes.

• dégradable – tout le plastique est dégradable, même le plastique traditionnel, mais ce n’est pas parce qu’il peut être décomposé en minuscules fragments ou en poudre que les matériaux reviendront jamais à la nature. Certains additifs aux plastiques traditionnels les font se dégrader plus rapidement., Le plastique photodégradable se décompose plus facilement au soleil; le plastique oxo-dégradable se désintègre plus rapidement lorsqu’il est exposé à la chaleur et à la lumière.
• biodégradable-le plastique biodégradable peut être complètement décomposé en eau, en dioxyde de carbone et en compost par des micro-organismes dans les bonnes conditions. « Biodégradable » implique que la décomposition se produit dans des semaines à des mois. Les bioplastiques qui ne se biodégradent pas rapidement sont appelés « durables », et certains bioplastiques fabriqués à partir de biomasse qui ne peuvent pas être facilement décomposés par des micro-organismes sont considérés comme non biodégradables.,
• Compostable-le plastique Compostable se biodégrade dans un site de compost. Les microorganismes le décomposent en dioxyde de carbone, eau, composés inorganiques et biomasse au même rythme que les autres matières organiques dans le tas de compost, ne laissant aucun résidu toxique.

Types de bioplastiques

les bioplastiques sont actuellement utilisés dans les articles jetables tels que les emballages, les conteneurs, les pailles, les sacs et les bouteilles, et dans les tapis non jetables, les tuyaux en plastique, les boîtiers de téléphone, l’impression 3D, l’isolation de voiture et les implants médicaux., Le marché mondial des bioplastiques devrait passer de 17 milliards de dollars cette année à près de 44 milliards de dollars en 2022.

Il existe deux principaux types de bioplastiques.

Le PLA (acide polyactique) est généralement fabriqué à partir des sucres contenus dans l’amidon de maïs, le manioc ou la canne à sucre. Il est biodégradable, neutre en carbone et comestible. Pour transformer le maïs en plastique, les grains de maïs sont immergés dans du dioxyde de soufre et de l’eau chaude, où ses composants se décomposent en amidon, en protéines et en fibres. Les grains sont ensuite broyés et l’huile de maïs est séparée de l’amidon., L’amidon est composé de longues chaînes de molécules de carbone, similaires aux chaînes de carbone dans le plastique des combustibles fossiles. Certains acides citriques sont mélangés pour former un polymère à longue chaîne (une grande molécule composée de petites unités répétitives) qui constitue le bloc de construction du plastique. Le PLA peut ressembler et se comporter comme du polyéthylène (utilisé dans les films plastiques, les emballages et les bouteilles), du polystyrène (polystyrène et couverts en plastique) ou du polypropylène (emballages, pièces automobiles, textiles). NatureWorks, basée au Minnesota, est l’une des plus grandes entreprises produisant du PLA sous la marque Ingeo.,

le PHA (polyhydroxyalcanoate) est fabriqué par des micro-organismes, parfois génétiquement modifiés, qui produisent du plastique à partir de matières organiques. Les microbes sont privés de nutriments comme l’azote, l’oxygène et le phosphore, mais étant donné des niveaux élevés de carbone. Ils produisent du PHA sous forme de réserves de carbone, qu’ils stockent dans des granules jusqu’à ce qu’ils aient plus d’autres nutriments dont ils ont besoin pour se développer et se reproduire. Les entreprises peuvent ensuite récolter le PHA fabriqué par microbe, qui a une structure chimique similaire à celle des plastiques traditionnels., Parce qu’il est biodégradable et ne nuira pas aux tissus vivants, le PHA est souvent utilisé pour des applications médicales telles que les sutures, les élingues, les plaques osseuses et les substituts cutanés; il est également utilisé pour les emballages alimentaires à usage unique.

Les effets secondaires de la Production de bioplastiques

bien que les bioplastiques soient généralement considérés comme plus respectueux de l’environnement que les plastiques traditionnels, une étude de 2010 de l’Université de Pittsburgh a révélé que ce n’était pas nécessairement vrai lorsque les cycles de vie des matériaux ont été pris en compte.,

l’étude a comparé sept plastiques traditionnels, quatre bioplastiques et un Fabriqué à partir de combustibles fossiles et de sources renouvelables. Les chercheurs ont déterminé que la production de bioplastiques entraînait de plus grandes quantités de polluants, en raison des engrais et des pesticides utilisés dans la culture des cultures et du traitement chimique nécessaire pour transformer les matières organiques en plastique. Les bioplastiques ont également contribué davantage à l’appauvrissement de la couche d’ozone que les plastiques traditionnels et ont nécessité une utilisation extensive des terres., Le B-PET, le plastique hybride, s’est avéré être le plus susceptible d’avoir des effets toxiques sur les écosystèmes et le plus cancérigène, et a obtenu le pire score dans l’analyse du cycle de vie parce qu’il combinait les impacts négatifs de l’agriculture et du traitement chimique.

les bioplastiques produisent beaucoup moins d’émissions de gaz à effet de serre que les plastiques traditionnels au cours de leur durée de vie. Il n’y a pas d’augmentation nette du dioxyde de carbone lorsqu’ils se décomposent, car les plantes à partir desquelles les bioplastiques sont fabriqués ont absorbé la même quantité de dioxyde de carbone qu’elles ont grandi., Une étude de 2017 a déterminé que le passage du plastique traditionnel au PLA à base de maïs réduirait les émissions de gaz à effet de serre des États-Unis de 25%. L’étude a également conclu que si les plastiques traditionnels étaient produits à partir de sources d’énergie renouvelables, les émissions de gaz à effet de serre pourraient être réduites de 50 à 75%; cependant, les bioplastiques qui pourraient à l’avenir être produits avec de l’énergie renouvelable étaient les plus prometteurs pour réduire considérablement les émissions de gaz à effet de,

autres problèmes

bien que la biodégradabilité des bioplastiques soit un avantage, la plupart ont besoin d’installations de compostage industriel à haute température pour se décomposer et très peu de villes disposent de l’infrastructure nécessaire pour y faire face. En conséquence, les bioplastiques se retrouvent souvent dans des décharges où, privés d’oxygène, ils peuvent libérer du méthane, un gaz à effet de serre 23 fois plus puissant que le dioxyde de carbone.

lorsque les bioplastiques ne sont pas jetés correctement, ils peuvent contaminer des lots de plastique recyclé et nuire aux infrastructures de recyclage., Si le bioplastique contamine le PET recyclé (polyéthylène téréphtalate, le plastique le plus courant, utilisé pour les bouteilles d’eau et de soda), par exemple, le lot entier pourrait être rejeté et se retrouver dans une décharge. Des flux de recyclage séparés sont donc nécessaires pour pouvoir jeter correctement les bioplastiques.

Les terres nécessaires pour les bioplastiques sont en concurrence avec la production alimentaire, car les cultures qui produisent des bioplastiques peuvent également être utilisées pour nourrir les gens. La Plastic Pollution Coalition projette que pour répondre à la demande mondiale croissante de bioplastiques, plus de 3.,4 millions d’acres de terre—une superficie plus grande que la Belgique, Les Pays—bas et le Danemark réunis-seront nécessaires pour cultiver les cultures d’ici 2019. De plus, le pétrole utilisé pour faire fonctionner les machines agricoles produit des émissions de gaz à effet de serre.

les bioplastiques sont également relativement coûteux; le PLA peut être 20 à 50% plus coûteux que les matériaux comparables en raison du processus complexe utilisé pour convertir le maïs ou la canne à sucre en éléments constitutifs du PLA. Cependant, les prix baissent à mesure que les chercheurs et les entreprises développent des stratégies plus efficaces et respectueuses de l’environnement pour la production de bioplastiques.,

des eaux usées au bioplastique

Kartik Chandran et les étudiants de Columbia développent des systèmes pour produire du bioplastique biodégradable à partir des eaux usées et des déchets solides. Chandran utilise une communauté mixte de microbes qui se nourrit de carbone sous forme d’acides gras volatils, tels que l’acide acétique présent dans le vinaigre.

son système fonctionne en alimentant les eaux usées dans un bioréacteur. À l’intérieur, les micro-organismes (distincts des bactéries productrices de plastique) convertissent le carbone organique des déchets en acides gras volatils., L’écoulement est ensuite envoyé à un deuxième bioréacteur où les microbes producteurs de plastique se nourrissent des acides gras volatils. Ces microbes sont continuellement soumis à des phases de fête suivies de phases de famine, au cours desquelles ils stockent les molécules de carbone sous forme de PHA.

Chandran expérimente des flux de déchets plus concentrés, tels que les déchets alimentaires et les déchets humains solides, pour produire les acides gras volatils plus efficacement. L’objectif de sa recherche est à la fois de maximiser la production de PHA et d’intégrer les déchets dans le processus. « Nous voulons presser autant que possible », a déclaré Chandran.,

il croit que son système intégré serait plus rentable que les méthodes actuellement utilisées pour produire du bioplastique qui impliquent l’achat de sucres pour fabriquer du PHA. « Si vous intégrez le traitement des eaux usées ou relevez les défis du gaspillage alimentaire avec la production de bioplastiques, cela est plutôt favorable », a déclaré Chandran. « Parce que si nous devions nous développer et passer en mode commercial, nous serions payés pour éliminer les déchets alimentaires et nous serions également payés pour fabriquer des bioplastiques., »Chandran espère boucler la boucle afin qu’un jour, les déchets servent systématiquement de ressource qui peut être convertie en produits utiles comme le bioplastique.

autres Alternatives prometteuses

les bioplastiques à Cycle complet en Californie produisent également des PHA à partir de déchets organiques tels que les déchets alimentaires, les résidus de cultures tels que les tiges et les feuilles non comestibles, les déchets de jardin et le papier ou le carton non recyclé., Utilisé pour fabriquer des sacs, des contenants, des couverts, des bouteilles d’eau et de shampoing, ce bioplastique est compostable, Marin dégradable (ce qui signifie que s’il finit dans l’océan, il peut servir de nourriture aux poissons ou aux bactéries) et n’a aucun effet toxique. Le Cycle complet peut traiter le PHA à la fin de sa vie et l’utiliser pour fabriquer à nouveau du plastique vierge.

Renmatix, basée en Pennsylvanie, utilise de la biomasse ligneuse, des herbes énergétiques et des résidus de culture au lieu de cultures vivrières plus coûteuses., Sa technologie sépare les sucres de la biomasse en utilisant de l’eau et de la chaleur au lieu d’acides, de solvants ou d’enzymes dans un processus relativement propre, rapide et peu coûteux. Les sucres et la lignine de la biomasse sont ensuite utilisés comme éléments constitutifs des bioplastiques et autres bioproduits.

à la Michigan State University, des scientifiques tentent de réduire les coûts de production de bioplastiques grâce à l’utilisation de cyanobactéries, également appelées algues bleu-vert, qui utilisent la lumière du soleil pour produire des composés chimiques par photosynthèse., Au lieu de nourrir leurs sucres de bactéries productrices de plastique à partir de maïs ou de canne à sucre, ces scientifiques ont modifié les cyanos pour excréter constamment le sucre qu’ils produisent naturellement. Les bactéries productrices de plastique consomment alors le sucre produit par les cyanos, qui sont réutilisables.

des chercheurs de L’Université de Stanford et la start-up californienne Mango Materials transforment le méthane des usines de traitement des eaux usées ou des décharges en bioplastique. Le méthane est alimenté aux bactéries produisant du plastique qui le transforment en PHA, que l’entreprise vend aux producteurs de plastique., Il est utilisé pour les bouchons en plastique, les bouteilles de shampooing ou les fibres de biopolyester qui peuvent être combinées avec des matériaux naturels pour les vêtements. Le bioplastique se biodégrade en méthane et, s’il atteint l’océan, peut être digéré naturellement par des microorganismes marins.

Le Centre pour les Technologies durables de L’Université de Bath en Angleterre fabrique du polycarbonate à partir de sucres et de dioxyde de carbone pour une utilisation dans des bouteilles, des lentilles et des revêtements pour téléphones et DVD. Le plastique polycarbonate traditionnel est fabriqué à partir de BPA (interdit d’utilisation dans les biberons) et du phosgène chimique toxique., Les chercheurs de Bath ont trouvé un moyen moins cher et plus sûr de le faire en ajoutant du dioxyde de carbone aux sucres à température ambiante. Les bactéries du sol peuvent décomposer le bioplastique en dioxyde de carbone et en sucre.

et puis il y a ceux qui développent des moyens innovants de remplacer complètement le plastique. La société de design japonaise AMAM produit des matériaux d’emballage fabriqués à partir de la gélose dans des algues marines rouges. Le Département de L’Agriculture des États-Unis développe un film biodégradable et comestible à partir de la caséine de protéine de lait pour envelopper les aliments; il est 500 fois meilleur pour garder les aliments frais que le film plastique traditionnel., Et Ecovative, basée à New York, utilise du mycélium, la partie végétative ramifiée d’un champignon, pour fabriquer des matériaux de champignons, des matériaux d’emballage biodégradables, des carreaux, des jardinières et plus encore.

en ce moment, il est difficile d’affirmer que les bioplastiques sont plus respectueux de l’environnement que les plastiques traditionnels lorsque tous les aspects de leur cycle de vie sont considérés: utilisation des terres, pesticides et herbicides, consommation d’énergie, utilisation de l’eau, émissions de gaz à effet de serre et de méthane, biodégradabilité, recyclabilité et plus encore., Mais alors que des chercheurs du monde entier travaillent à développer des variétés plus vertes et des processus de production plus efficaces, les bioplastiques sont prometteurs pour aider à réduire la pollution plastique et à réduire notre empreinte carbone.