Bioplastica

La bioplastica è, secondo la definizione data dalla European Bioplastics, un tipo di plastica che può essere biodegradabile, a base biologica (bio-based) o possedere entrambe le caratteristiche. Più precisamente:

• può derivare (del tutto) da biomassa (per esempio: bio-PE, bio-PP, bio-PET)
• può derivare interamente da materie prime rinnovabili ed essere biodegradabile (per esempio: PBAT, PCL, PBS)
• può derivare da biomassa e non essere biodegradabile (per esempio: PLA, PHA, PHB, plastiche a base di amido)

Secondo la definizione data da Assobioplastiche, per bioplastiche si intendono quei materiali e quei manufatti, siano essi da fonti rinnovabili che di origine fossile, che hanno la caratteristica di essere biodegradabili e compostabili. Assobioplastiche suggerisce quindi di non includere nelle bioplastiche quelle derivanti (parzialmente o interamente) da biomassa, che non siano biodegradabili e compostabili, indicandole piuttosto con il nome "plastiche vegetali".

Storia e sviluppo delle bioplastiche

• 1925: Il poliidrossibutirrato viene isolato e caratterizzato dal microbiologo francese Maurice Lemoigne.
• 1855: Prima versione prodotta (inferiore) del linoleum.
• 1862: Alla Great London Exhibition, Alexander Parkes espone Parkesine, il primo termoplastico. La parkesina è composta da nitrocellulosa e aveva proprietà molto buone, ma mostra un'estrema infiammabilità.
• 1897: Ancora oggi prodotta, la Galalith è una bioplastica a base di latte creata dai chimici tedeschi nel 1897. La Galalith si trova principalmente nei bottoni.
• 1907: Leo Baekeland inventò la bachelite, che ricevette il National Historic Chemical Landmark per le sue proprietà di non conduttività e resistenza al calore. Viene utilizzato negli involucri di radio e telefoni, stoviglie, armi da fuoco e molti altri prodotti.
• 1912: Brandenberger inventa il cellophane in legno, cotone o cellulosa di canapa.

• Anni '20: Wallace Carothers trova plastica con acido polilattico (PLA). Il PLA è molto costoso da produrre e non viene prodotto in serie fino al 1989.
• 1926: Maurice Lemoigne inventa il poliidrossibutirrato (PHB), la prima bioplastica a base di batteri.
• Anni '30: La prima auto in bioplastica fu realizzata con semi di soia da Henry Ford.
• 1940-1945: Durante la seconda guerra mondiale, si assiste a un aumento della produzione di plastica poiché viene utilizzata in molti materiali bellici. A causa dei finanziamenti e della supervisione del governo, la produzione statunitense di plastica (in generale, non solo bioplastiche) è triplicata nel periodo 1940-1945. Il cortometraggio del governo degli Stati Uniti del 1942 The Tree in a Test Tube illustra il ruolo principale svolto dalle bioplastiche nello sforzo di vittoria della seconda guerra mondiale e nell'economia americana dell'epoca.

  

• Anni '50: L'amylomaize (mais con contenuto di amilosio > 50%) fu allevato con successo e iniziarono a essere esplorate applicazioni commerciali di bioplastiche. Si osserva un calo nello sviluppo della bioplastica a causa dei prezzi bassi del petrolio, tuttavia lo sviluppo delle plastiche sintetiche continua.
• Anni '70: Il movimento ambientalista ha stimolato un maggiore sviluppo delle bioplastiche.
• 1983: Viene avviata la prima azienda di bioplastiche, Marlborough Biopolymers, che utilizza una bioplastica a base di batteri chiamata biopal.
• 1989: L'ulteriore sviluppo del PLA viene fatto dal Dr. Patrick R. Gruber quando scopre come creare PLA dal mais. Viene creata l'azienda leader nel settore delle bioplastiche chiamata Novamont. Essa utilizza la materia-bi, una bioplastica, in molteplici applicazioni diverse.
• 1992: Su Science è riportato che il PHB può essere prodotto dalla pianta Arabidopsis thaliana.
• Fine anni '90: lo sviluppo dell'amido TP e BIOPLAST dalla ricerca e produzione dell'azienda BIOTEC ha portato al film BIOFLEX. I film BIOFLEX possono essere classificati come linee di estrusione di film in bolla, estrusione di film piani e linee di stampaggio a iniezione. Queste tre classificazioni hanno applicazioni come segue: pellicole, sacchi per la spazzatura, fogli per pacciamatura, prodotti per l'igiene, film per pannolini, film a bolle d'aria, indumenti protettivi, guanti, sacchi a doppia costola, etichette, nastri-barriera; vassoi, vasi di fiori, prodotti e imballaggi per congelatori, bicchieri, imballaggi farmaceutici; stampaggio ad iniezione, posate usa e getta, lattine, contenitori, pezzi eseguiti, porta CD, articoli cimiteriali, giocattoli, materiale per scrivere.
• 2001: Metabolix inc. acquista l'attività biopol della Monsanto (originariamente Zeneca) che utilizza le piante per produrre bioplastiche.
• 2001: Nick Tucker usa l'erba dell'elefante come base in bioplastica per realizzare parti di automobili in plastica.
• 2005: Cargill e Dow Chemicals vengono rinominate NatureWorks e diventano il principale produttore di PLA.
• 2007: Il mercato testa la prima plastica biodegradabile al 100% chiamata Mirel di Metabolix inc, prodotta dalla fermentazione dello zucchero di mais e da batteri geneticamente modificati.
• 2012: Una bioplastica viene sviluppata dalle alghe, risultando essere una delle bioplastiche più rispettose dell'ambiente sulla base di una ricerca pubblicata sulla rivista Journal of Pharmaceutical Research.
• 2013: Brevetto sulla bioplastica derivata dal sangue e su un agente reticolante come zuccheri, proteine, ecc. Questa invenzione può essere applicata utilizzando la bioplastica come tessuto, cartilagine, tendini, legamenti, ossa, ed essendo usata nella somministrazione di cellule staminali.
• 2014: In uno studio pubblicato nel 2014 si scopre che le bioplastiche possono essere ottenute miscelando scarti vegetali (prezzemolo e gambi di spinaci, bucce di cacao, bucce di riso, ecc.) con soluzioni di TFA di pura cellulosa crea una bioplastica.
• 2016: Un esperimento rileva che un paraurti per auto che supera il regolamento può essere realizzato con biomateriali bioplastici a base di nanocellulosa utilizzando bucce di banana.
• 2017: Una nuova proposta per le bioplastiche ottenute da risorse Lignocellulosa (materia vegetale secca).
• 2018: Si verificano molti sviluppi tra cui Ikea che avvia la produzione industriale di mobili in bioplastica e il primo imballaggio a base di frutta.
• 2019: Cinque diversi tipi di nanomateriali di chitina sono stati estratti e sintetizzati dal "Korea Research Institute of Chemical Technology" per verificare una forte personalità e effetti antibatterici. Se sepolto sottoterra, la biodegradazione del 100% era possibile entro sei mesi.

Esempi di bioplastiche

Alcuni esempi di bioplastiche sono:

• bioplastiche ottenute da amido di mais, grano, tapioca e/o patate: Mater-Bi (della Novamont), BC-BIO. (della Biopolytech.), Biolice (della LCI), Bioplast (della Biotec; ottenuto da fecola di patate), Cereplast Compostables (della Cereplast), Biotecnomais, Vegemat (della Vegeplast), Solanyl
• bioplastiche biodegradabili: Apinat (di API Applicazioni Plastiche Industriali)
• Poli (acido lattico), più noto come acido polilattico, ottenuto dagli zuccheri: PLA Ingeo (della NatureWorks Llc)
• Poliidrossialcanoati (PHA)
• Poliidrossibutirrato (PHB)
• Poliidrossivaleriato (PHV)
• Poiidrossiesanoato (PHH)
• Polibutilene succinato (PBS)
• bioplastiche a base di cellulosa: Biograde.
• bioplastiche derivanti dalla Canapa

Applicazioni proposte

Esistono poche applicazioni commerciali per le bioplastiche. Il costo e le prestazioni rimangono problematici. Tipico è l'esempio dell'Italia, dove i sacchetti di plastica biodegradabile sono obbligatori per gli acquirenti dal 2011 con l'introduzione di una legge specifica. Oltre ai materiali strutturali, si stanno sviluppando bioplastiche elettroattive che promettono di trasportare corrente elettrica.

Le bioplastiche sono utilizzate per articoli usa e getta, come imballaggi, stoviglie, posate, pentole, ciotole e cannucce.

I biopolimeri sono disponibili come rivestimenti per la carta piuttosto che i più comuni rivestimenti petrolchimici.

Le bioplastiche chiamate bioplastiche drop-in sono chimicamente identiche alle loro controparti a combustibili fossili ma realizzate con risorse rinnovabili. Gli esempi includono bio-PE, bio-PET, bio-propilene, bio-PP, e nylon a base biologica. Le bioplastiche drop-in sono facili da implementare tecnicamente, poiché è possibile utilizzare le infrastrutture esistenti. Un percorso bio-based dedicato consente di produrre prodotti che non possono essere ottenuti attraverso reazioni chimiche tradizionali e può creare prodotti che hanno proprietà uniche e superiori, rispetto alle alternative a base fossile.

Esempi

• 

  Utensili in plastica biodegradabile

• 

  Imballaggi in plastica realizzati con bioplastiche e altre plastiche biodegradabili

• 

  Confezione di fiori in bio-flex misto a PLA

Vantaggi

Una bioplastica può essere biodegradabile se deriva da materiali organici come ad esempio il frumento, il mais oppure dalla barbabietola.

Una bioplastica può essere biodegradabile e costituita del tutto o in parte da materie prime vegetali rinnovabili annualmente (biomassa): in questo caso si definisce "bio-based" (a base biologica).

Attualmente l'unico standard a livello europeo che precisa cosa si intenda per "materia plastica biodegradabile" è il EN 13432 del 2002, dedicato agli imballaggi compostabili, adottato in Italia con il nome di UNI EN 13432:2002 e determina i criteri di compostabilità di una determinata bioplastica in un impianto di compostaggio industriale, quindi a temperature elevate (55-60 °C), ad un determinato livello di umidità, in presenza di ossigeno: condizioni decisamente più adatte alla biodegradazione che non le naturali condizioni di biodegradazione nel terreno, in acqua dolce o in ambiente.

Le bioplastiche attualmente sul mercato sono composte principalmente da farina o amido di mais, grano o altri cereali. Quelle certificate biodegradabili e compostabili, in accordo con la Norma Europea EN 13432, se correttamente smaltite dopo l'uso (in accordo con le pratiche del proprio Comune di residenza), costituiscono parte del compost creato dagli impianti di compostaggio industriale: concime fertilizzante che può essere impiegato in agricoltura.

Degli specifici tipi di bioplastica possono essere usati in agricoltura per la pacciamatura sotto forma di biotelo e risolvono il problema dello smaltimento, in quanto la pellicola è lasciata a decomporsi naturalmente sul terreno.

Impatto ambientale

Materiali come l'amido, la cellulosa, il legno, lo zucchero e la biomassa vengono utilizzati come sostituti delle risorse di combustibili fossili per produrre bioplastiche; questo rende la produzione di bioplastiche un'attività più sostenibile rispetto alla produzione di plastica convenzionale. L'impatto ambientale delle bioplastiche è spesso dibattuto, in quanto ci sono molti parametri diversi per il "green" (ad esempio uso dell'acqua, uso dell'energia, deforestazione, biodegradazione, ecc.). Quindi gli impatti ambientali della bioplastica sono classificati in uso di energia non rinnovabile, cambiamento climatico, eutrofizzazione e acidificazione. La produzione di bioplastica riduce significativamente le emissioni di gas serra e il consumo di energia non rinnovabile. Le aziende di tutto il mondo sarebbero anche in grado di aumentare la sostenibilità ambientale dei loro prodotti utilizzando le bioplastiche.

Sebbene le bioplastiche risparmino più energia non rinnovabile rispetto alle plastiche convenzionali ed emettano meno gas serra rispetto alle plastiche convenzionali, le bioplastiche hanno anche impatti ambientali negativi come l'eutrofizzazione e l'acidificazione. Le bioplastiche inducono potenziali di eutrofizzazione più elevati rispetto alle plastiche convenzionali. La produzione di biomassa durante le pratiche agricole industriali fa filtrare nitrati e fosfati nei corpi idrici; questo provoca l'eutrofizzazione, il processo in cui un corpo idrico acquisisce un'eccessiva ricchezza di nutrienti. L'eutrofizzazione è una minaccia per le risorse idriche di tutto il mondo poiché provoca proliferazioni algali dannose che creano zone morte di ossigeno, uccidendo gli animali acquatici. Le bioplastiche aumentano anche l'acidificazione. L'elevato aumento dell'eutrofizzazione e dell'acidificazione causata dalle bioplastiche è causato anche dall'utilizzo di fertilizzanti chimici nella coltivazione di materie prime rinnovabili per la produzione di bioplastiche.

Altri impatti ambientali delle bioplastiche includono l'esercizio di una minore ecotossicità umana e terrestre e potenziali cancerogeni rispetto alla plastica convenzionale. Tuttavia, le bioplastiche esercitano un'ecotossicità acquatica maggiore rispetto ai materiali convenzionali. Le bioplastiche e altri materiali a base biologica aumentano l'esaurimento dell'ozono stratosferico rispetto alla plastica convenzionale; questo è il risultato delle emissioni di protossido di azoto durante l'applicazione di fertilizzanti durante l'agricoltura industriale per la produzione di biomassa. I fertilizzanti artificiali aumentano le emissioni di protossido di azoto soprattutto quando la coltura non ha bisogno di tutto l'azoto. Gli impatti ambientali minori delle bioplastiche includono la tossicità dovuta all'uso di pesticidi sulle colture utilizzate per produrre le bioplastiche. Esse causano anche emissioni di anidride carbonica dai veicoli di raccolta. Altri impatti ambientali minori includono l'elevato consumo di acqua per la coltivazione della biomassa, l'erosione del suolo, la perdita di carbonio nel suolo e la perdita di biodiversità e sono principalmente il risultato dell'uso del suolo associato alle bioplastiche. L'uso del suolo per la produzione di bioplastiche porta a una perdita di sequestro del carbonio e aumenta i costi di esso deviando la terra dai suoi usi esistenti.

Sebbene le bioplastiche siano estremamente vantaggiose perché riducono i consumi non rinnovabili e le emissioni di GHG, incidono negativamente anche sull'ambiente attraverso il consumo di terra e acqua, l'utilizzo di pesticidi e fertilizzanti, l'eutrofizzazione e l'acidificazione; quindi la preferenza per le bioplastiche o per le plastiche convenzionali dipende da ciò che si considera essere l'impatto ambientale più importante.

Un altro problema con le bioplastiche è che alcune di esse sono fatte dalle parti commestibili delle colture. Questo fa sì che le bioplastiche competano con la produzione alimentare perché le colture che producono le bioplastiche possono essere utilizzate anche per nutrire le persone. Esse sono chiamate "bioplastiche di prima generazione". Le bioplastiche per materie prime di seconda generazione utilizzano colture non alimentari (materie prime cellulosiche) o materiali di scarto provenienti da materie prime di prima generazione (ad es. olio vegetale di scarto). Le bioplastiche di terza generazione utilizzano le alghe come materia prima.

Biodegradazione delle bioplastiche

La biodegradazione di qualsiasi plastica è un processo che avviene all'interfaccia solido/liquido per cui gli enzimi nella fase liquida depolimerizzano la fase solida. Alcuni tipi di bioplastiche così come le plastiche convenzionali contenenti additivi sono in grado di biodegradarsi. Le bioplastiche si biodegradano in ambienti diversi, quindi sono più accettabili delle plastiche convenzionali. La biodegradabilità delle bioplastiche si verifica in varie condizioni ambientali tra cui suolo, ambienti acquatici e compost. Sia la struttura che la composizione del biopolimero o del biocomposito hanno un effetto sul processo di biodegradazione, quindi la modifica della composizione e della struttura potrebbe aumentare la biodegradabilità. Il suolo e il compost come condizioni ambientali sono più efficienti nella biodegradazione a causa della loro elevata diversità microbica. Il compostaggio non solo biodegrada le bioplastiche in modo efficiente, ma riduce anche significativamente le emissioni di gas serra. La biodegradabilità delle bioplastiche negli ambienti di compostaggio può essere migliorata aggiungendo più zucchero solubile e aumentando la temperatura. Gli ambienti del suolo, d'altra parte, hanno un'elevata diversità di microrganismi che facilitano la biodegradazione delle bioplastiche. Tuttavia esse negli ambienti del suolo richiedono temperature più elevate e un tempo più lungo per biodegradarsi. Alcune bioplastiche si biodegradano in modo più efficiente nei corpi idrici e nei sistemi marini; tuttavia, ciò causa pericolo per gli ecosistemi marini e le acque dolci. Quindi è corretto concludere che la biodegradazione delle bioplastiche nei corpi idrici che porta alla morte di organismi acquatici e acqua malsana può essere annotata come uno degli impatti ambientali negativi delle bioplastiche.

Le bioplastiche possono ridurre la disponibilità di derrate alimentari, se prodotte a partire da prodotti agricoli come il mais (Zea mays). La terra necessaria per coltivare la materia prima per le plastiche "a base biologica" attualmente prodotte in tutto il mondo ammonta a circa lo 0,02% della superficie coltivabile. Se invece basassimo tutta la produzione mondiale attuale di plastiche fossili sulla biomassa come materia prima, la percentuale salirebbe al 5%. La direzione però verso cui l'UE vuole tendere è quella dell'economia circolare, ovvero di utilizzare piuttosto materie prime alternative, provenienti da rifiuti e flussi secondari dell'agricoltura e della produzione alimentare.

I sacchetti compostabili composti dal 60% di materia prima fossile e del 40% rinnovabile costituiscono, nel mercato italiano, la maggioranza. Questi sacchetti, a differenza di quelli di carta, creano delle problematiche di degradazione negli impianti di compostaggio anaerobico industriale.

Industria e mercati

Mentre le materie plastiche a base di materiali organici sono state prodotte da aziende chimiche per tutto il 20º secolo, la prima azienda focalizzata esclusivamente sulle bioplastiche, Marlborough Biopolymers, è stata fondata nel 1983. Tuttavia, Marlborough e altre iniziative che sono seguite non sono riuscite a trovare successo commerciale, con la prima di queste società per garantire il successo finanziario a lungo termine è l'azienda italiana Novamont, fondata nel 1989.

Le bioplastiche rimangono meno dell'uno per cento di tutte le materie plastiche prodotte in tutto il mondo. La maggior parte delle bioplastiche non risparmia ancora più emissioni di carbonio di quelle necessarie per produrle. Si stima che la sostituzione di 250 milioni di tonnellate di plastica prodotta ogni anno con plastica a base biologica richiederebbe 100 milioni di ettari di terra, ovvero il 7% della terra arabile sulla Terra. E quando le bioplastiche raggiungono la fine del loro ciclo di vita, quelle progettate per essere compostabili e commercializzate come biodegradabili vengono spesso inviate alle discariche a causa della mancanza di adeguati impianti di compostaggio o raccolta differenziata, dove rilasciano metano mentre si decompongono anaerobicamente.

Galleria d'immagini

• 

  Sviluppo di un rivestimento di pellicola di caseina commestibile presso l'USDA.

• 

  Un blister da imballaggio in acetato di cellulosa, una bioplastica

• 

  Imballaggio per dolci in bio-flex misto PLA

• 

  Cannucce in bio-flex di miscela PLA

• 

  Barattolo in misto PLA bio-flex, una bioplastica

• 

  Centro per lo sviluppo delle bioplastiche - Università del Massachusetts Lowell

• 

  Una penna realizzata con bioplastiche (Polylactide, PLA)

• 

  Una bottiglia per shampoo in bioplastica realizzata in bio-flex di miscela PLA

Voci correlate

• Riciclaggio dei rifiuti
• Materie plastiche
• Polimero
• Inquinamento causato dalla plastica

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su bioplastica

• Wikinotizie contiene l'articolo Il governo della Malesia addestra agenti per "fiutare" bioplastiche false, 4 ottobre 2018

Collegamenti esterni

• European Bioplastics, su european-bioplastics.org., l'associazione che rappresenta gli interessi dell'industria delle bioplastiche in Europa
• Assobioplastiche, su assobioplastiche.org., associazione italiana per bioplastiche e i materiali biodegradabili e compostabili
• Petizione 0381/2006 presentata da Giuseppe Brau, cittadino italiano, a favore della defiscalizzazione degli imballaggi biodegradabili (PDF), su europarl.europa.eu.