Les polymères issus des déchets de fruits fournissent des matériaux d’emballage biodégradables
Une façon de répondre au problème des plastiques dans les emballages passe par les matériaux biodégradables, qui sont présents sur le marché depuis de nombreuses années et dont la part de marché ne cesse de croître. Mais des restrictions sévères empêchent leur application plus large dans les emballages alimentaires, car ces matériaux n’offrent pas une barrière suffisante contre la vapeur d’eau, l’oxygène ou les saveurs. Le projet HyperBioCoat financé par l’UE a relevé ce défi en développant et en testant de nouveaux revêtements organiques-inorganiques hybrides biodégradables pour une utilisation dans le secteur de l’alimentation, des cosmétiques et des emballages médicaux. «Nous avons développé un matériau de revêtement à base de biopolymères extraits de la biomasse lignocellulosique en les combinant avec la classe de matériaux des bioORMOCER®», explique le coordinateur du projet Stefan Hanstein, de Fraunhofer IWKS. Les revêtements bioORMOCER® sont des revêtements biosourcés et biodégradables développés par l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates.
Des biopolymères de résidus de pomme
Les membres du consortium ont étudié les revêtements protecteurs biodégradables pour les matériaux d’emballage en plastique dans lesquels les biopolymères sont dérivés de résidus de fruits fibreux (lignocellulose). Selon Stefan Hanstein: «L’un des plus grands défis du projet a consisté à trouver le résidu de fruit approprié pour y extraire la lignocellulose et à modifier l’hémicellulose pour obtenir les propriétés souhaitées.» Le marc de pomme dépectiné (les principaux déchets solides produits dans les usines de fabrication de cidre et de jus de pomme) a bien fonctionné comme matière première. «Le procédé développé est une combinaison d’extraction et d’hydrolyse partielle (extraction intensifiée). Il fournit 1 kg de polymère glucidique à partir de 25 kg de marc de pomme sec, avec un rendement susceptible d’être doublé», explique Stefan Hanstein. Les chercheurs ont également étudié les applications industrielles possibles pour d’autres types de résidus de fruits, comme le marc de baies et les coques de cacao pour les nouveaux systèmes de production alimentaire et l’industrie biotechnologique. Ils ont présenté une méthode de modification chimique des polymères glucidiques qui atteint la compatibilité requise avec la laque. «Cela a montré comment le nouveau revêtement polymère biosourcé et biodégradable peut être facilement appliqué et comment il ouvre la voie à d’autres applications dans ce secteur, à l’échelle industrielle», commente Stefan Hanstein. L’étape suivante a consisté à adapter le revêtement protecteur aux différents matériaux de support, qui impliquent des substrats de biopolymère flexibles et rigides, et de tester les applications d’emballage. Selon Stefan Hanstein: «Cette approche améliore les propriétés des matériaux d’emballage et des matériaux recyclables biosourcés en utilisant un revêtement protecteur biodégradable.»
Des impacts environnementaux réduits
La production de flacons cosmétiques à base de cire renforcée de fibres a été portée au niveau industriel en rendant le matériau compatible avec le moulage par injection. Stefan Hanstein remarque: «Le partenaire du projet, Stefanski Design, a commencé à utiliser une approche de fabrication artisanale par embouage, produisant des prototypes pour une fameuse station balnéaire de luxe en Espagne. Dans le cadre du projet HYPERBIOCOAT, le matériau de base a été développé et est désormais compatible avec la production de moulage par injection à grande échelle.» Les partenaires du projet ont également fait la démonstration d’une nouvelle installation d’extraction pauvre de biomasse qui peut être installée dans de petites agrobioraffineries. L’installation couvre une gamme d’applications allant de la fourniture de matières premières sur mesure pour les processus de fermentation (par exemple, le biogaz) et pour de nouveaux systèmes de production alimentaire, comme la culture d’insectes, à la livraison d’extraits de plantes avec des composés bioactifs comme les antimicrobiens naturels. HYPERBIOCOAT est écoresponsable grâce à sa faible empreinte CO2 et à la conservation des ressources naturelles: La chaîne d’approvisionnement ne nécessite pas de zones de cultures végétales supplémentaires, ni d’approvisionnements supplémentaires en eau, en engrais ou en pesticides. De plus, l’industrie agroalimentaire bénéficiera d’une nouvelle chaîne de valeur pour ses ressources fibreuses. «L’avantage de ces résidus est qu’ils ne sont pas en concurrence avec les aliments pour animaux ou la production alimentaire et fournissent une matière première abondante pour les matériaux d’emballage en plastique compostables et recyclables», note Stefan Hanstein. Le projet HYPERBIOCOAT a bénéficié d’un financement dans le cadre de l’entreprise commune Bio-industries, un partenariat public-privé entre l’UE et l’industrie.
Mots‑clés
HYPERBIOCOAT, emballage, polymère, biodégradable, lignocellulose, hémicellulose, empreinte CO2
