Przekształcanie bioodpadów miejskich w biodegradowalne tworzywa sztuczne

W zakładach pilotażowych we Włoszech i w Portugalii, które zostały utworzone dzięki pomocy z funduszy UE, wyprodukowano biodegradowalny biopolimer z odpadów, który może być wykorzystany do produkcji biotworzyw sztucznych. „Otrzymany w tym procesie nowy polimer można przekształcić w produkty do różnych zastosowań wykorzystując typowe techniki przetwarzania tworzyw sztucznych”, mówi Mauro Majone, koordynator projektu RES URBIS, profesor inżynierii chemicznej Uniwersytetu Rzymskiego „La Sapienza”. Niektóre kultury mikrobiologiczne pod wpływem stresu wytwarzają ten typ polimeru wewnątrz komórek. „Pod wpływem stresu wywołanego okresowym karmieniem komórek i wynikającymi z tego naprzemiennymi okresami dostatku i głodu, mikroorganizmy obierają strategię przechowywania pokarmu pod postacią grudki polimeru wewnątrz siebie”, wyjaśnia Majone. Biopolimer ten, znany jako polihydroksyalkanian lub PHA, „zwiększa wartość odpadów, a jednocześnie wytwarza tworzywa sztuczne nieropopochodne, które ulegają biodegradacji i mogą zastąpić obecne ropopochodne tworzywa sztuczne”, dodaje uczony. Obecnie polimery te są produkowane z upraw przy użyciu czystych kultur, a sam proces jest kosztowny. Zespół opracował jednak nowatorski proces wykorzystujący osady ściekowe, które są dostępne w dużych ilościach. Przetestowano kilka rodzajów tworzyw sztucznych stosowanych do produkcji opakowań i materiałów trwałych. „Wyprodukowaliśmy folie opakowaniowe i prototyp sztywnego plastikowego uchwytu, do którego wytworzenia potrzeba jedynie niewielkiej ilości polimeru i który może być stosowany w pudłach transportowych. Jednak każde inne sztywne tworzywo sztuczne może być wytwarzane w ten sposób”, mówi Majone. Zespół projektu odkrył też, że folia PHA jest lepka i może być stosowana w opakowaniach wielowarstwowych. „Folie wielowarstwowe zazwyczaj należy powlec cienką warstwą kleju, często zawierającego poliuretany, które są polimerami na bazie ropy i nie ulegają biodegradacji. Teraz można je zastąpić opartym na biosurowcach, odnawialnym, wielofunkcyjnym polimerem”, mówi Majone.

Projekty pilotażowe

W trakcie trzyletniego projektu produkcja PHA została przeskalowana z laboratorium do zakładów pilotażowych. W pilotażowej biorafinerii znajdującej się we włoskim Treviso, w pobliżu Wenecji, wykorzystuje się węgiel organiczny z sortowanych u źródła odpadów komunalnych i osadów z oczyszczalni ścieków. Prace w drugim ośrodku, mieszczącym się w Lizbonie w Portugalii, są skoncentrowane na różnych odpadach organicznych z przetwórstwa żywności, w szczególności dostępnych lokalnie odpadach z produkcji soków owocowych. „Proces okazał się na tyle stabilny i solidny, że można w nim przetwarzać odpady, które nie są zbyt stabilne i charakteryzują się pewną niejednorodnością i przetwarzać je na dobrej jakości polimer”, mówi Majone.

Analiza kosztów i korzyści

Aby proces był opłacalny, przetwarzanie powinno być dostosowane do lokalnych warunków, a odpady powinny pochodzić z najbliższej okolicy, aby uniknąć kosztów związanych z ich transportem. Zespół projektu przeprowadził analizę techniczno-ekonomiczną systemów gospodarki odpadami w różnych częściach Europy, w tym w Barcelonie, Kopenhadze, Lizbonie, Trento w północnych Włoszech i w Południowej Walii. „Chcieliśmy zintegrować nasze nowe rozwiązanie z istniejącą gospodarką odpadami, aby wykorzystać to, co już istnieje”, wyjaśnia Majone. Jednym z problemów regulacyjnych jest to, że zanieczyszczenia zawarte w odpadach mogą zostać przeniesione do produktu. „Zbadaliśmy ponad 100 różnych rodzajów zanieczyszczeń z trzech grup”, mówi Majone. „Nasz materiał spełnia normy regulacyjne. Nie musimy dodawać żadnych konkretnych kroków, aby usunąć zanieczyszczenia”. „Działamy w myśl zasad gospodarki o obiegu zamkniętym odnoszących się do opakowań. Tak zwane »zniesienie statusu odpadu«, oznaczające, że odpad zostaje przekształcony w nowy produkt, to spełnienie normy regulacyjnej”. Przygotowaliśmy dokumentację, aby to wykazać”, mówi koordynator. Musi ona zostać zatwierdzona w każdym kraju bezpośrednio przed komercjalizacją. Kolejnym etapem projektu będzie uruchomienie instalacji demonstracyjnej, w której będzie produkowanych kilka ton polimeru rocznie.