Alternative ecologiche alla plastica: chiave per gli sforzi di sostenibilità – le plastiche biodegradabili sono una soluzione?

La presenza e l’accumulo di microplastiche nel nostro ecosistema sono ben documentati, e prove recenti suggeriscono che hanno effetti dannosi su vari processi biologici. Man mano che continuiamo a scoprire microplastiche nei nostri polmoni, arterie e persino placente, stiamo ancora imparando il loro impatto sull’ambiente e sulla salute umana. 

È l’ubiquità dell’uso della plastica da parte degli esseri umani che ha portato alle microplastiche, le quali tendono a persistere nell’ambiente. Le microplastiche sono minuscoli frammenti, generalmente di dimensioni comprese tra 5 millimetri (mm) e 500 micrometri (µm), rilasciati dai prodotti plastici di tutti i giorni. 

Queste particelle provengono da bottiglie, sacchetti, imballaggi e altre fonti di plastica, nonché dall’usura dei pneumatici, tessuti sintetici e microperle dei prodotti per la cura personale. Le microplastiche si formano solitamente attraverso una varietà di processi fisici e chimici, inclusi abrasione, degradazione UV, processi di produzione e frammentazione indotta da fattori fisici o chimici.

L’accumulo di microplastiche nell’ambiente naturale, inclusi oceani, precipitazioni e suolo, è dovuto alla natura chimica dei polimeri plastici a base di petrolio. Questi polimeri sono grandi molecole costituite da molte più piccole chiamate monomeri. Queste plastiche ampiamente utilizzate sono solitamente inaccessibili al processamento biologico. 

Essendo quasi indistruttibili, impiegando decenni o secoli per degradarsi, cresce la necessità di un’alternativa alle plastiche tradizionali a base di petrolio e alle microplastiche. Una risposta a questo problema è sviluppare plastiche che non generino microplastiche persistenti nel loro normale ciclo di vita. 

Anche se la plastica viene correttamente raccolta e riciclata, genera comunque microplastiche a causa dell’usura normale derivante dall’uso quotidiano o come conseguenza dei processi di riciclo o lavaggio. Pertanto, per prevenirlo, dobbiamo sviluppare nuovi materiali plastici completamente biodegradabili, il che significa che si decompongono rapidamente grazie all’azione di organismi viventi nell’ambiente.

Quindi, per contribuire a questo, un nuovo studio della Algenesis Corporation e di scienziati e professori dell’Università della California San Diego ha creato un polimero a base vegetale che si biodegrada a livello di microplastiche entro sette mesi.

La biodegradazione è il processo mediante il quale i polimeri vengono scomposti in molecole più semplici dai microbi. Queste molecole possono poi essere utilizzate come fonte di carbonio per produrre biomassa. Tuttavia, perché ciò avvenga, il polimero deve possedere legami chimici, principalmente nella sua struttura principale dello scheletro.

Ciò avviene perché questi legami diventano fisicamente accessibili agli enzimi che naturalmente riconoscono queste strutture come substrati. Le molecole monomeriche sottostanti rilasciate mediante questa scissione enzimatica possono poi essere consumate dai microrganismi.

Nel nostro ambiente naturale, questo intero processo è solitamente eseguito da un gruppo di microbi come batteri e funghi. Questi microbi secernono enzimi idrolitici, che rompono il polimero per rilasciare diversi oligomeri e monomeri da utilizzare come fonte di nutrimento carbonioso. 

Successivamente avviene il catabolismo dei monomeri e oligomeri derivati dal polimero, che comporta la scomposizione di molecole complesse. Questo processo porta alla produzione di biomassa dell’organismo e CO2 tramite respirazione.  

Il punto è che, sebbene i materiali di origine biologica possano derivare da fonti rinnovabili naturali, la loro limitata capacità di biodegradarsi li fa persistere nell’ambiente. Inoltre, questa persistenza può derivare da processi chimici che li rendono inaccessibili alla scissione biologica.

I materiali biodegradabili possono infatti essere prodotti dal petrolio e da altre risorse fossili poiché la biodegradabilità dipende dalle proprietà del materiale piuttosto che dalla sua origine.

Raggiungere l’Impossibile

Lo studio, che ha ricevuto finanziamenti dal Dipartimento dell’Energia (DOE), mira a trovare sostituti biodegradabili per i materiali già esistenti. Tuttavia, trovare materiali che non si accumulino nell’ambiente non è “facile”, ha dichiarato il coautore Michael Burkart, anche co-fondatore di Algenesis. 

La tecnologia brevettata Soleic™ dell’azienda di scienza dei materiali è il primo materiale plastico al mondo rinnovabile, completamente biodegradabile e ad alte prestazioni, realizzato da piante. Algenesis utilizza la sua tecnologia dei materiali per produrre scarpe, tavole da surf e calzature. Secondo Burkart, professore di Chimica e Biochimica presso UC San Diego:

“Stiamo appena iniziando a comprendere le implicazioni delle microplastiche. Abbiamo solo scalfito la superficie degli impatti ambientali e sulla salute.”

Parlando del loro lavoro, il coautore e co-fondatore di Algenesis Robert Pomeroy, che, come Bukart, detiene una quota azionaria nella società e ricopre il ruolo di professore di chimica e biochimica, ha osservato che hanno creato per la prima volta polimeri a base di alghe più di cinque anni fa. Hanno capito che questo polimero sarebbe stato completamente biodegradabile, capace di “scomparire nel compost”.

Per la prima volta, però, il team ha avuto l’opportunità di misurarlo a livello di microparticelle. Per farlo, hanno macinato il materiale in microparticelle fini e, per confermare che fosse digerito dai microbi, il team ha utilizzato tre diversi strumenti di misurazione.

Il primo strumento è stato un respiròmetro, utilizzato per misurare l’anidride carbonica (CO2) rilasciata quando il materiale viene degradato dai microbi. Confrontando la degradazione della cellulosa con lo standard industriale di centopercento di biodegradabilità, i risultati hanno mostrato che il polimero a base vegetale corrisponde alla cellulosa quasi al 100%.

Il secondo strumento utilizzato è stato il galleggiamento in acqua, un metodo che sfrutta il fatto che le plastiche sono insolubili e galleggiano sull’acqua, rendendole facili da rimuovere dalla superficie. I test condotti a intervalli di 90 e 200 giorni hanno mostrato che quasi tutte le microplastiche a base di petrolio sono state recuperate. Al contrario, per le microplastiche a base di alghe, solo il 32% è stato recuperato dopo nove giorni e appena il 3% dopo 200 giorni, dimostrando che sono altamente biodegradabili.

Nell’analisi chimica mediante gascromatografia/spettrometria di massa (GCMS), è stata rilevata la presenza di monomeri, indicando che il polimero si stava frammentando nei suoi materiali vegetali iniziali. 

“Questo materiale è la prima plastica dimostrata a non creare microplastiche durante il suo utilizzo.”

– Coautore Stephen Mayfield, co-fondatore di Algenesis

Ha aggiunto inoltre:

“Questo è più di una semplice soluzione sostenibile per il ciclo di vita del prodotto finale e per le nostre discariche sovraffollate. È davvero una plastica che non ci renderà malati.”

Sebbene siano stati compiuti progressi significativi, questo è solo l’inizio. Il passo successivo prevede l’adattamento del nuovo materiale per l’uso con le attrezzature di produzione esistenti progettate per la plastica tradizionale. A tal fine, Algenesis ha stretto partnership con diverse aziende per realizzare prodotti utilizzando polimeri a base vegetale. Queste collaborazioni includono l’uso da parte di Trelleborg di polimeri a base di alghe in tessuti rivestiti e la produzione di custodie per telefoni cellulari con RhinoShield.

Secondo Burkart:

“Quando abbiamo iniziato questo lavoro, ci è stato detto che era impossibile. Ora, vediamo una realtà diversa. C’è molto lavoro da fare, ma vogliamo dare speranza alle persone. È possibile.”

Le plastiche biodegradabili sono il futuro?

Come possiamo vedere, il settore della plastica sta subendo una trasformazione. Questo è importante perché la plastica rappresenta circa il 14% dei nostri rifiuti, e la stragrande maggioranza finisce in mare. Statisticamente, attualmente produciamo oltre 350 milioni di tonnellate metriche di rifiuti plastici all’anno, cifra che si prevede raggiungerà un miliardo di tonnellate metriche entro il 2060 se non verranno apportate modifiche alle politiche attuali.

Analizzando il ciclo di vita della maggior parte dei materiali plastici si scopre che il 79% di tutta la plastica prodotta finisce in discariche o nell’ambiente, mentre solo il 12% è incenerito e il 9% è riciclato. Nonostante un notevole aumento del riciclaggio negli ultimi quattro decenni, il riciclaggio della plastica non tessile è bloccato al 18%, con quasi nessuna fibra tessile riciclata. Questa stagnazione è in gran parte dovuta alle limitazioni della forma dominante di riciclaggio, che consiste nel convertire la plastica di scarto in nuove forme tramite calore e forza meccanica, dove la qualità dell’ingresso è importante.

In questo contesto, sempre più aziende in tutto il mondo stanno adottando misure per ridurre l’uso della plastica convenzionale e sostituirla con alternative più sostenibili e responsabili dal punto di vista ambientale.

Le plastiche biodegradabili includono bioplastiche i cui componenti derivano da materie prime rinnovabili e plastiche con additivi biodegradabili per migliorare la loro biodegradazione.

Le bioplastiche sono tipicamente prodotte da polimeri di origine biologica e possono contribuire a cicli di vita più sostenibili per la plastica commerciale. Qui, i polimeri sono realizzati da materie prime rinnovabili o riciclate. Le plastiche di origine biologica tendono ad avere un’impronta di carbonio inferiore rispetto a quelle a base di combustibili fossili. Inoltre, mostrano proprietà materiali vantaggiose e possono essere compatibili con i flussi di riciclaggio esistenti.

Tutto ciò, insieme alla crescente consapevolezza, ricerca e investimento nell’industria della plastica, ha portato a una presenza sempre maggiore di plastiche biodegradabili nella nostra vita quotidiana.

Sebbene siamo ancora lontani dal rimuovere in modo significativo la plastica convenzionale dalle nostre vite, si stanno facendo molti progressi incoraggianti. Ciò include la ricerca di materiali biodegradabili per la produzione di prodotti. Ovviamente, è difficile sostituire la plastica in molte applicazioni, ma nel prossimo futuro molti prodotti saranno fabbricati in modo più ecologico.

I prodotti ecologici hanno guadagnato la maggiore popolarità nel settore dell’imballaggio alimentare, che rappresenta circa il 39% del totale delle plastiche prodotte. Questo evidenzia chiaramente l’ampio potenziale delle plastiche biodegradabili nell’industria. Ad esempio, a seconda del prodotto, le bottiglie di plastica potrebbero essere sostituite con materiali biodegradabili, trovando applicazioni non solo nell’imballaggio alimentare ma anche nei nutraceutici.

I vassoi per alimenti sono un altro buon esempio (oltre a cucchiai, cucchiaini, forchette e tazze) in cui l’uso di materiali biodegradabili potrebbe consentire di smaltire sia il contenitore che il suo contenuto in un unico contenitore dei rifiuti. Altri prodotti che adottano materiali biodegradabili includono capsule per caffè, sacchetti per frutta e verdura e sacchi per la spazzatura.

Le plastiche biodegradabili offrono una vasta gamma di possibilità per la produzione di una diversificata gamma di imballaggi, soddisfacendo meglio le esigenze di molte applicazioni di imballaggio, come flessibilità, stampabilità e miglioramenti delle barriere.

Dati recenti indicano che il mercato mondiale dell’imballaggio biodegradabile ha un enorme potenziale di crescita; nel 2022, era valutato circa 87 miliardi di dollari, e entro il 2029 si prevede che crescerà a un CAGR del 6,96%. E tra tutti i sotto-segmenti, la plastica è la più redditizia e si prevede che si espanda a un ritmo più veloce rispetto a qualsiasi altro tipo di materiale.

In particolare, la bioplastica, un’alternativa promettente ai polimeri a base di petrolio, ha il potenziale di ridurre sia la nostra dipendenza dai combustibili fossili sia le emissioni che contribuiscono al cambiamento climatico.

Le plastiche biodegradabili più comuni attualmente disponibili derivano da amido o cellulosa, includendo acido polilattico (PLA), poli-3-idrossibutirrato (PHB) e poliidrossialcanoati (PHA). Questi materiali sono spesso utilizzati nei settori delle bevande, farmaceutico, della cura personale e della casa, poiché sono riciclabili e biodegradabili.

Oltre all’imballaggio, le plastiche biodegradabili possono trovare applicazione nell’industria agricola, dove possono essere utilizzate come pacciamatura, che è piuttosto costosa da riciclare. Una pacciamatura compostabile eliminerebbe la necessità di raccogliere i rifiuti, poiché scomparirebbe in pochi mesi senza lasciare microplastiche che persisterebbero per decenni.

Sebbene vi siano molti vantaggi e applicazioni, le plastiche biodegradabili presentano compromessi in termini di costi più elevati e impatti agricoli negativi. Tuttavia, i metodi biologici e chimici emergenti, i progressi tecnologici, gli incentivi finanziari e normative chiare possono favorire l’applicazione su larga scala delle bioplastiche e generare un impatto sostenibile.

In tal modo, i ricercatori stanno attivamente investigando materiali migliori e metodi di produzione più puliti per proprietà migliorate e applicazioni di nuova generazione. Con il 43,5%, l’Europa è attualmente leader nella produzione commerciale di bioplastiche, che è prevista a raggiungere 7,6 milioni di tonnellate entro il 2026. 

Conclusione

Dopo anni di studi, è ormai noto che le microplastiche si accumulano in tutti gli ambienti fisici, come corpi idrici, suolo e precipitazioni, e sono persino disperse nell’aria. A causa della loro ubiquità, le microplastiche fanno ora parte della catena alimentare, e le evidenze suggeriscono che possano causare danni significativi a esseri umani, animali ed ecosistemi.

Ciò ha stimolato la ricerca su materiali biodegradabili, che rappresentano un’alternativa più ecologica alle plastiche tradizionali. Oltre allo sviluppo di nuovi materiali, sono in corso sforzi per implementare standard universali. Inoltre, è necessario un cambiamento comportamentale verso un uso ridotto della plastica e un aumento dell’uso di prodotti realizzati con bioplastiche.  

Insieme, hanno certamente il potenziale di avere un impatto positivo mitigando la crisi dei rifiuti plastici e le emissioni di carbonio. Tuttavia, è importante notare che anche la plastica biodegradabile necessita di condizioni di compostaggio adeguate per garantire che mantenga le sue promesse. In generale, stiamo facendo passi graduali verso un futuro più verde.

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