Trasformare i rifiuti alimentari e agroindustriali in imballaggi, scarpe e materiali tessili più sicuri
Ogni anno, gli avanzi organici provenienti da fonti alimentari e industriali vengono bruciati, lasciati finire in discarica o riciclati con declassamento. La trasformazione del carbonio in materiali utili sembra un compito semplice, fino a quando non si cerca di creare prodotti che abbiano l’aspetto, l’effetto tattile e le prestazioni di quelli che la gente già conosce e di cui si fida. Il progetto Waste2BioComp(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato componenti a base biologica per tre catene di valore di utilizzo quotidiano: gli imballaggi, le calzature e i tessuti. Il lavoro si è concentrato sui poliidrossialcanoati (PHA), una famiglia di biopolimeri prodotti da microrganismi, e sulle fasi di produzione necessarie per convertirli in dimostratori.
Effettuare lo screening dei rifiuti organici per ottenere elementi costitutivi in PHA di alta qualità
La selezione del flusso di rifiuti e delle materie prime più adatti determina la qualità dei materiali e le possibilità di sviluppare un processo su larga scala. Come spiega Helena Vilaça, la coordinatrice del progetto, «il fattore principale che determina se un flusso di rifiuti organici è adatto alla produzione di materiali di alta qualità è la sua composizione chimica». Dopo questo screening iniziale, il consorzio ha valutato la resa, la purezza del prodotto e la facilità di rimozione delle impurità, oltre alla disponibilità e alla vicinanza geografica. Per la produzione di PHA biogeno da parte dei cianobatteri sono stati testati diversi flussi ricchi di carboidrati, tra cui glicerolo, melassa, preparato per pane, amido, impasto base e tabacco. Ceppi batterici diversi hanno risposto in modo diverso a ciascun substrato, producendo rese e composizioni di PHA di vario tipo; al tempo stesso, sono stati esplorati differenti percorsi chimici utilizzando molecole (potenzialmente) a base biologica al fine di adattare la chimica del PHA e le proprietà del materiale risultante ai requisiti specifici della rispettiva tecnologia di lavorazione del materiale. Gregor Grun, docente presso l’Università di Scienze applicate di Kaiserslautern, ha spiegato: «I materiali in PHA che ne derivano, che possono essere personalizzati e presentare proprietà che vanno da solidi rigidi a materiali simili al TPE, sono facilmente processabili mediante diversi metodi (soffiaggio, filmatura, stampaggio a iniezione, filatura di fibre, stampa in 3D).»
Dai polimeri PHA agli imballaggi, alle solette e ai rivestimenti tessili
I rifiuti derivati non sono necessariamente sinonimo di qualità inferiore: Waste2BioComp ha effettuato un’analisi comparativa dei materiali per garantire che le prestazioni corrispondessero o superassero quelle delle controparti convenzionali, svolgendo inoltre valutazioni tossicologiche volte a confermarne la sicurezza. Quando i flussi di rifiuti alimentano microrganismi o forniscono precursori chimici, i materiali risultanti sono in grado di mantenere la qualità in quanto gli elementi costitutivi fondamentali possono essere identici a quelli derivati da fonti tradizionali, a seconda del processo implementato. Il progetto ha tradotto i PHA e i pigmenti a base biologica in percorsi applicativi. Il lavoro sugli imballaggi ha prodotto film e compositi in PHA dotati di diverse flessibilità, mentre quello sulle calzature ha generato schiume per i componenti delle scarpe, tra cui schiume per solette in PHA. I tessuti sono risultati più difficili da trasformare, in parte perché i processi di stampa e di lavorazione delle fibre tendono a tollerare variazioni nelle proprietà del materiale e nelle impostazioni del processo in misura minore. «Tra i settori studiati, ovvero il tessile, il calzaturiero e quello degli imballaggi, l’industria tessile si è dimostrata la più difficile da integrare nei PHA», spiega Helena Vilaça. È stato possibile produrre prototipi di componenti per calzature e pellicole per imballaggi prossimi alla produzione in serie, mentre i tessuti hanno raggiunto un livello di maturità tecnologica inferiore e richiedono ulteriori attività di ricerca e sviluppo. La stampa a getto d’inchiostro ha contribuito a creare un ponte tra i materiali e i prodotti finali. Il progetto ha sviluppato pigmenti e inchiostri a getto d’inchiostro a base biologica e ha lavorato sulla stabilità della dispersione e sulla compatibilità della testina di stampa, alla luce dell’importanza fondamentale rivestita dal controllo delle dimensioni delle particelle. Per ovviare alla limitata resistenza alla luce spesso associata ai pigmenti a base biologica, il progetto ha utilizzato pigmenti dotati della stessa struttura molecolare dei pigmenti convenzionali, ricavati tuttavia a partire da fonti rinnovabili.
Barriere a fine vita e aspetti che i consumatori potrebbero notare
La chiusura del ciclo dei materiali incontra ancora alcuni ostacoli a livello pratico. Waste2BioComp ha messo in evidenza cinque problemi: le strutture composite molto utilizzate e difficili da separare, i flussi di raccolta dedicati limitati per i materiali emergenti, le scarse indicazioni per i consumatori sui percorsi di smaltimento, gli additivi che ostacolano la purezza dei riciclati e l’elevata diversità di polimeri a base biologica che richiedono percorsi di riciclaggio specifici. Se i materiali realizzati da Waste2BioComp raggiungessero il mercato, i consumatori potrebbero notare cambiamenti che vanno al di là della riduzione delle fonti fossili. Come conclude Helena Vilaça, «oltre ai vantaggi ambientali, se i prodotti di Waste2BioComp raggiungessero il mercato i consumatori potrebbero usufruire di diversi benefici pratici, tra cui materiali più sicuri e meno tossici, poiché le plastiche a base di PHA, sia rigide che flessibili, non richiedono plastificanti nocivi, e una migliore compatibilità con la pelle, come confermano i risultati di non sensibilizzazione per le solette e i tessuti stampati in PHA».
