La verità sulle bioplastiche

Le bioplastiche sono spesso propagandate come ecologiche, ma sono all’altezza dell’hype?

Il mondo ha prodotto oltre nove miliardi di tonnellate di plastica dal 1950., 165 milioni di tonnellate di esso hanno cestinato il nostro oceano, con quasi 9 milioni di tonnellate in più che entrano negli oceani ogni anno. Poiché solo circa il 9 per cento della plastica viene riciclato, gran parte del resto inquina l’ambiente o si trova in discarica, dove può richiedere fino a 500 anni per decomporsi mentre liscivia sostanze chimiche tossiche nel terreno.

La plastica tradizionale è costituita da materie prime a base di petrolio. Alcuni dicono che le bioplastiche-realizzate con il 20% o più di materiali rinnovabili-potrebbero essere la soluzione all’inquinamento da plastica., I vantaggi spesso citati della bioplastica sono l’uso ridotto di risorse di combustibili fossili, una minore impronta di carbonio e una decomposizione più rapida. La bioplastica è anche meno tossica e non contiene bisfenolo A (BPA), un disgregatore ormonale che si trova spesso nelle plastiche tradizionali.

Kartik Chandran, professore nel dipartimento di ingegneria della Terra e dell’ambiente della Columbia University che sta lavorando sulle bioplastiche, ritiene che rispetto alle plastiche tradizionali, “le bioplastiche siano un miglioramento significativo.,”

Tuttavia, si scopre che le bioplastiche non sono ancora il proiettile d’argento al nostro problema di plastica.

Quanto sono biodegradabili le bioplastiche?

Poiché c’è spesso confusione quando si parla di bioplastiche, chiariamo prima alcuni termini.

• Degradabile-Tutta la plastica è degradabile, anche la plastica tradizionale, ma solo perché può essere scomposta in piccoli frammenti o polvere non significa che i materiali torneranno mai alla natura. Alcuni additivi alle plastiche tradizionali li fanno degradare più rapidamente., La plastica fotodegradabile si rompe più facilmente alla luce del sole; la plastica ossodegradabile si disintegra più rapidamente se esposta al calore e alla luce.
• Biodegradabile-La plastica biodegradabile può essere completamente scomposta in acqua, anidride carbonica e compost dai microrganismi nelle giuste condizioni. “Biodegradabile” implica che la decomposizione avviene in settimane o mesi. Le bioplastiche che non biodegradano rapidamente sono chiamate “durevoli” e alcune bioplastiche a base di biomassa che non possono essere facilmente scomposte da microrganismi sono considerate non biodegradabili.,
• Compostabile-La plastica compostabile si biodegraderà in un sito di compost. I microrganismi lo scompongono in anidride carbonica, acqua, composti inorganici e biomassa alla stessa velocità di altri materiali organici nel cumulo di compost, senza lasciare residui tossici.

Tipi di bioplastica

Le bioplastiche sono attualmente utilizzate in articoli monouso come imballaggi, contenitori, cannucce, borse e bottiglie e in tappeti non monouso, tubazioni in plastica, involucri telefonici, stampa 3-D, isolamento auto e impianti medici., Si prevede che il mercato globale della bioplastica crescerà da this 17 miliardi quest’anno a quasi billion 44 miliardi nel 2022.

Esistono due tipi principali di bioplastiche.

PLA (acido poliattico) è tipicamente costituito dagli zuccheri in amido di mais, manioca o canna da zucchero. È biodegradabile, carbon-neutral e commestibile. Per trasformare il mais in plastica, i chicchi di mais sono immersi nell’anidride solforosa e nell’acqua calda, dove i suoi componenti si dividono in amido, proteine e fibre. I chicchi vengono quindi macinati e l’olio di mais viene separato dall’amido., L’amido è composto da lunghe catene di molecole di carbonio, simili alle catene di carbonio in plastica da combustibili fossili. Alcuni acidi citrico sono mescolati per formare un polimero a catena lunga (una grande molecola costituita da ripetere unità più piccole) che è il blocco di costruzione per la plastica. PLA può apparire e comportarsi come polietilene (utilizzato in film plastici, imballaggi e bottiglie), polistirolo (polistirolo e posate di plastica) o polipropilene (imballaggi, ricambi auto, tessuti). NatureWorks Minnesota-based è una delle più grandi aziende produttrici di PLA con il marchio Ingeo.,

Il PHA (polyhydroxyalkanoate) è prodotto da microrganismi, a volte geneticamente modificati, che producono plastica da materiali organici. I microbi sono privati di sostanze nutritive come azoto, ossigeno e fosforo, ma dato alti livelli di carbonio. Producono PHA come riserve di carbonio, che immagazzinano in granuli fino a quando non hanno più degli altri nutrienti di cui hanno bisogno per crescere e riprodursi. Le aziende possono quindi raccogliere il PHA microbo-made, che ha una struttura chimica simile a quella delle plastiche tradizionali., Poiché è biodegradabile e non danneggerà il tessuto vivente, PHA è spesso usato per applicazioni mediche come suture, imbracature, piastre ossee e sostituti della pelle; viene anche utilizzato per imballaggi alimentari monouso.

Gli effetti collaterali della produzione di bioplastica

Mentre le bioplastiche sono generalmente considerate più ecologiche delle plastiche tradizionali, uno studio del 2010 dell’Università di Pittsburgh ha scoperto che non era necessariamente vero quando sono stati presi in considerazione i cicli di vita dei materiali.,

Lo studio ha confrontato sette plastiche tradizionali, quattro bioplastiche e una prodotta sia da combustibili fossili che da fonti rinnovabili. I ricercatori hanno determinato che la produzione di bioplastiche ha comportato una maggiore quantità di inquinanti, a causa dei fertilizzanti e dei pesticidi utilizzati nella coltivazione delle colture e della lavorazione chimica necessaria per trasformare il materiale organico in plastica. Anche le bioplastiche hanno contribuito maggiormente alla riduzione dell’ozono rispetto alle plastiche tradizionali e hanno richiesto un uso estensivo del suolo., Il B-PET, la plastica ibrida, è risultato avere il più alto potenziale di effetti tossici sugli ecosistemi e la maggior parte degli agenti cancerogeni e ha ottenuto il punteggio peggiore nell’analisi del ciclo di vita perché ha combinato gli impatti negativi sia dell’agricoltura che della lavorazione chimica.

Le bioplastiche producono significativamente meno emissioni di gas serra rispetto alle plastiche tradizionali nel corso della loro vita. Non c’è aumento netto di anidride carbonica quando si rompono perché le piante che bioplastiche sono fatti da assorbito la stessa quantità di anidride carbonica come sono cresciuti., Uno studio del 2017 ha determinato che il passaggio dalla plastica tradizionale al PLA a base di mais avrebbe ridotto le emissioni di gas serra degli Stati Uniti del 25%. Lo studio ha anche concluso che se la plastica tradizionale fosse prodotta utilizzando fonti di energia rinnovabili, le emissioni di gas serra potrebbero essere ridotte dal 50 al 75%; tuttavia, le bioplastiche che potrebbero in futuro essere prodotte con energia rinnovabile hanno mostrato la più promessa per ridurre sostanzialmente le emissioni di gas serra.,

Altri problemi

Mentre la biodegradabilità delle bioplastiche è un vantaggio, la maggior parte ha bisogno di impianti di compostaggio industriale ad alta temperatura per abbattere e pochissime città hanno l’infrastruttura necessaria per affrontarli. Di conseguenza, le bioplastiche finiscono spesso nelle discariche dove, prive di ossigeno, possono rilasciare metano, un gas serra 23 volte più potente dell’anidride carbonica.

Quando le bioplastiche non vengono scartate correttamente, possono contaminare i lotti di plastica riciclata e danneggiare le infrastrutture di riciclaggio., Se la bioplastica contamina il PET riciclato (polietilene tereftalato, la plastica più comune, utilizzata per bottiglie di acqua e soda), ad esempio, l’intero lotto potrebbe essere rifiutato e finire in una discarica. Quindi flussi di riciclaggio separati sono necessari per essere in grado di scartare correttamente le bioplastiche.

La terra necessaria per le bioplastiche compete con la produzione alimentare perché le colture che producono bioplastiche possono anche essere utilizzate per nutrire le persone. I progetti Plastic Pollution Coalition che per soddisfare la crescente domanda globale di bioplastiche, più di 3.,4 milioni di acri di terra—un’area più grande di Belgio, Paesi Bassi e Danimarca messi insieme-saranno necessari per coltivare le colture entro il 2019. Inoltre, il petrolio utilizzato per eseguire le macchine agricole produce emissioni di gas serra.

Le bioplastiche sono anche relativamente costose; il PLA può essere dal 20 al 50% più costoso rispetto ai materiali comparabili a causa del complesso processo utilizzato per convertire il mais o la canna da zucchero negli elementi costitutivi del PLA. Tuttavia, i prezzi stanno scendendo mentre ricercatori e aziende sviluppano strategie più efficienti ed ecologiche per la produzione di bioplastiche.,

Dalle acque reflue alla bioplastica

Kartik Chandran e gli studenti della Columbia stanno sviluppando sistemi per produrre bioplastica biodegradabile dalle acque reflue e dai rifiuti solidi. Chandran utilizza una comunità microbica mista che si nutre di carbonio sotto forma di acidi grassi volatili, come l’acido acetico trovato nell’aceto.

Il suo sistema funziona alimentando le acque reflue in un bioreattore. All’interno, i microrganismi (distinti dai batteri produttori di plastica) convertono il carbonio organico dei rifiuti in acidi grassi volatili., Il deflusso viene quindi inviato a un secondo bioreattore dove i microbi che producono plastica si nutrono degli acidi grassi volatili. Questi microbi sono continuamente sottoposti a fasi di festa seguite da fasi di carestia, durante le quali immagazzinano le molecole di carbonio come PHA.

Chandran sta sperimentando flussi di rifiuti più concentrati, come rifiuti alimentari e rifiuti umani solidi, per produrre gli acidi grassi volatili in modo più efficiente. L’obiettivo della sua ricerca è massimizzare la produzione di PHA e integrare i rifiuti nel processo. “Vogliamo spremere il più possibile”, ha detto Chandran.,

Egli ritiene che il suo sistema integrato sarebbe più conveniente rispetto ai metodi attualmente utilizzati per produrre bioplastica che comportano l’acquisto di zuccheri per fare PHA. “Se si integra il trattamento delle acque reflue o si affrontano le sfide dei rifiuti alimentari con la produzione di bioplastica, questo è abbastanza favorevole”, ha affermato Chandran. “Perché se dovessimo scalare e andare in modalità commerciale, verremmo pagati per portare via i rifiuti alimentari e poi verremmo pagati anche per produrre bioplastiche.,”Chandran spera di chiudere il ciclo in modo che, un giorno, i prodotti di scarto fungano abitualmente da risorsa che può essere convertita in prodotti utili come la bioplastica.

Altre alternative promettenti

Bioplastiche a ciclo completo in California produce anche PHA da rifiuti organici come rifiuti alimentari, residui di colture come steli e foglie non commestibili, rifiuti da giardino e carta o cartone non riciclati., Usato per fare borse, contenitori, posate, bottiglie di acqua e shampoo, questa bioplastica è compostabile, degradabile marino (il che significa che se finisce nell’oceano, può servire come cibo per pesci o batteri) e non ha effetti tossici. Il ciclo completo può elaborare il PHA alla fine della sua vita e usarlo per rendere di nuovo la plastica vergine.

Renmatix, con sede in Pennsylvania, utilizza biomassa legnosa, erbe energetiche e residui di colture invece di colture alimentari più costose., La sua tecnologia separa gli zuccheri dalla biomassa utilizzando acqua e calore invece di acidi, solventi o enzimi in un processo relativamente pulito, rapido ed economico. Sia gli zuccheri che la lignina della biomassa vengono quindi utilizzati come elementi costitutivi per bioplastiche e altri bioprodotti.

Alla Michigan State University, gli scienziati stanno cercando di tagliare i costi di produzione per la bioplastica attraverso l’uso di cianobatteri, noti anche come alghe blu-verdi, che utilizzano la luce solare per produrre composti chimici attraverso la fotosintesi., Invece di alimentare i loro batteri che producono plastica zuccheri dal mais o canna da zucchero, questi scienziati ottimizzato cyanos per espellere costantemente lo zucchero che producono naturalmente. I batteri che producono plastica consumano quindi lo zucchero prodotto dai cyanos, che sono riutilizzabili.

I ricercatori della Stanford University e la startup californiana Mango Materials stanno trasformando il gas metano dagli impianti di trattamento delle acque reflue o dalle discariche in bioplastica. Il metano viene alimentato a batteri produttori di plastica che lo trasformano in PHA, che l’azienda vende ai produttori di plastica., Viene utilizzato per tappi di plastica, bottiglie di shampoo o fibre di biopoliestere che possono essere combinate con materiali naturali per l’abbigliamento. La bioplastica si biodegraderà nuovamente in metano e, se raggiunge l’oceano, può essere digerita naturalmente dai microrganismi marini.

Il Centro per le tecnologie sostenibili dell’Università di Bath in Inghilterra sta producendo policarbonato da zuccheri e anidride carbonica per l’uso in bottiglie, lenti e rivestimenti per telefoni e DVD. La plastica tradizionale in policarbonato è realizzata con BPA (vietato l’uso nei biberon) e il fosgene chimico tossico., I ricercatori del bagno hanno trovato un modo più economico e più sicuro per farlo aggiungendo anidride carbonica agli zuccheri a temperatura ambiente. I batteri del suolo possono rompere la bioplastica in anidride carbonica e zucchero.

E poi ci sono quelli che sviluppano modi innovativi per sostituire la plastica del tutto. La società di design giapponese AMAM produce materiali di imballaggio realizzati con l’agar nelle alghe marine rosse. Il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti sta sviluppando un film biodegradabile e commestibile dalla caseina proteica del latte per avvolgere il cibo; è 500 volte meglio a mantenere il cibo fresco rispetto al film plastico tradizionale., E con sede a New York Ecovative sta usando micelio, la parte ramificazione vegetativa di un fungo, per rendere i materiali di funghi, per il materiale di imballaggio biodegradabile, piastrelle, fioriere e altro ancora.

In questo momento, è difficile affermare che le bioplastiche siano più rispettose dell’ambiente rispetto alle plastiche tradizionali quando vengono considerati tutti gli aspetti del loro ciclo di vita: uso del suolo, pesticidi ed erbicidi, consumo di energia, uso di acqua, emissioni di gas serra e metano, biodegradabilità, riciclabilità e altro ancora., Ma mentre i ricercatori di tutto il mondo lavorano per sviluppare varietà più verdi e processi di produzione più efficienti, le bioplastiche promettono di contribuire a ridurre l’inquinamento da plastica e ridurre la nostra impronta di carbonio.