La nostra dipendenza dal petrolio potrebbe diminuire non solo grazie ai veicoli elettrici, ma anche grazie alle plastiche sostenibili

Utilizzare le Colture per Produrre Plastiche Sostenibili

Quando pensiamo al petrolio, pensiamo principalmente al carburante per auto, navi e aerei. Ma i prodotti petrolchimici, di cui una gran parte sono plastiche o componenti per produrre plastiche, rappresentano il 12% della domanda globale di petrolio.

Mentre il consumo di petrolio è spesso considerato un inquinante a causa delle emissioni di carbonio, le microplastiche sono anch’esse una preoccupazione crescente. La produzione di plastica dal petrolio contribuisce all’emissione sia di carbonio sia di microplastiche.

Quindi, è una buona notizia che nuovi materiali plastici più sostenibili siano ora all’orizzonte.

Ricercatori dell’Switzerland’s Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), dell’Università di Scienze Applicate e Arti della Svizzera Occidentale e dell’Università di Manchester hanno sviluppato una fonte di plastiche sostenibili a partire da rifiuti agricoli.

Più precisamente, hanno creato poliamidi sostenibili utilizzando un nucleo di zucchero derivato da rifiuti agricoli.

Perché i Poliamidi?

Molti prodotti plastici, come i nylon, una sottoclasse di poliamidi, devono essere molto resistenti. Per questo si basano su una struttura chimica specifica chiamata gruppo aromatico.

Questi gruppi aromatici conferiscono alla plastica durezza, resistenza e capacità di resistere ad alte temperature. Tuttavia, sono spesso anche la causa per cui le plastiche non sono biodegradabili e risultano tossiche per l’ambiente.

Fonte: Master Organic Chemistry

Un poliamide che utilizza zucchero organico invece di un composto aromatico sarebbe molto meno tossico. L’uso di tale zucchero da parte del poliamide dell’EPFL, proveniente da rifiuti agricoli, aumenta ulteriormente l’aspetto sostenibile della loro scoperta.

Un Nuovo Tipo di Plastica

Hanno sviluppato un processo senza catalizzatore per convertire dimetil glicossilato xilosio, uno zucchero stabilizzato ottenuto direttamente da biomassa come legno o pannocchie di mais, in poliamidi di alta qualità. Il processo si basa su una serie di passaggi, iniziando con il riscaldamento del materiale a 140 °C e poi a 250–260 °C.

Fonte: Nature.com

Il processo è stato anche notevolmente efficiente, con un’efficienza atomica del 97%, il che significa che quasi tutto il materiale iniziale è stato convertito in poliamidi.

Il materiale risultante è stato testato per verificare le sue proprietà chimiche e fisiche.

Si è dimostrato tanto, se non più, resistente al calore rispetto ai tradizionali poliamidi a base di combustibili fossili. Ha inoltre mostrato buone prestazioni in termini di durabilità e resistenza meccanica (resistenza alla trazione).

Fonte: Nature.com

Una limitazione riscontrata dai ricercatori è che il materiale potrebbe essere sensibile all’esposizione a grandi quantità d’acqua, quindi non può essere immerso. Potrebbe inoltre essere troppo permeabile all’ossigeno e all’acqua per essere usato in imballaggi alimentari sottili. È importante notare che rimangono molte possibili applicazioni.

Plastiche Sostenibili Pronte per l’Uso Industriale

Usabilità

Un altro fattore da considerare per le applicazioni industriali è la “processabilità”, ovvero la facilità di trasformare i componenti di base della plastica grezza in materiali utili.

I ricercatori hanno dimostrato che il loro nuovo materiale può essere utilizzato per lo stampaggio a iniezione a pistone e per l’estrusione a doppia vite ad alta shear, entrambi metodi comuni per modellare le plastiche.

Fonte: EPFL

Hanno anche testato le sue proprietà per la stampa 3D, usando impostazioni ad alta temperatura per produrre con successo una custodia per iPhone 11.

Fonte: EPFL

Riciclaggio

Un altro test è stato verificare il potenziale di riciclaggio del nuovo materiale in poliamide. Hanno riutilizzato la plastica mediante estrusione a doppia vite ad alta shear per 3 volte.

Le proprietà di trazione sono rimaste quasi identiche nei tre cicli.

La colorazione è aumentata leggermente ad ogni ciclo. Tuttavia, se necessario, il colore arancione può essere evitato del tutto modificando il processo di produzione (purificazione migliorata delle diamine), quindi non sarebbe un problema significativo.

Nel complesso, il riciclaggio meccanico ha mostrato buone prestazioni, pari o superiori alle forniture di plastica esistenti.

Infine, hanno anche indagato la possibilità di riciclaggio chimico come opzione di fine vita per la plastica. Questo si basava fortemente su acidi potenti come l’acido solforico, ma ha dimostrato che può essere completamente riciclato con sostanze chimiche alla fine.

Un’Altra Alternativa Competitiva in Termini di Costo

Affinché l’industria adotti tale plastica sostenibile (senza cambiamenti normativi), dovrà essere competitiva in termini di costo rispetto ai prodotti chimici a base di combustibili fossili consolidati.

Il prezzo del nylon 66, il poliamide più comune, è solitamente compreso tra $3.000‑7.000/ton. I prezzi del nuovo materiale sarebbero in una fascia simile, anche assumendo costi relativamente alti per il materiale di partenza.

Potenzialmente, l’uso di materiali provenienti da fonti più economiche come le pannocchie di mais potrebbe renderlo ancora più conveniente.

Fonte: Nature.com

Oltre a essere competitivo in termini di prezzo, il nuovo materiale è un emettitore di carbonio e gas serra molto più ridotto rispetto ai prodotti attualmente sul mercato, soprattutto se si utilizza xilosio da pannocchie di mais invece di xilosio commerciale.

Plastiche Sostenibili – Un’Avanzata Necessaria

Sono necessari nuovi tipi di bioplastiche, come in questo studio, per ridurre il consumo di combustibili fossili.

Ciò rappresenta un nuovo passo, in cui vengono create nuove molecole di plastica con prestazioni simili o superiori, invece di cercare di ricreare i tradizionali prodotti chimici plastici con una fonte biomateriale.

Molto probabilmente, sostituire i gruppi aromatici dei combustibili fossili con zuccheri biologici è solo l’inizio.

Questo approccio è più difficile ma consente anche nuove forniture di plastica che presentano molti vantaggi rispetto a quelle tradizionali:

• Minore impronta di carbonio.
• Meno inquinamento.
• Valorizzazione dei prodotti di scarto agricoli.
• Possibile riduzione dei costi o miglioramento delle proprietà chimiche.

Il successo del team dell’EPFL (e dei suoi partner di ricerca) dovrebbe essere usato come modello per altre innovazioni nell’uso di biomateriali per creare nuovi prodotti chimici industriali utili, invece di limitarsi a cercare di replicare esattamente le plastiche esistenti usando strutture chimiche abbondanti nel petrolio.