Le bioplastiche sono spesso propagandate come eco-compatibili, ma sono all'altezza dell'hype?

Il mondo ha prodotto oltre nove miliardi di tonnellate di plastica dagli anni '50. 165 milioni di tonnellate hanno distrutto il nostro oceano, con quasi 9 milioni di tonnellate in più che entrano negli oceani ogni anno. Poiché solo il 9% circa della plastica viene riciclato, gran parte del resto inquina l'ambiente o si trova nelle discariche, dove possono volerci fino a 500 anni per decomporsi mentre rilasciano sostanze chimiche tossiche nel terreno.

La plastica tradizionale è composta da materie prime a base di petrolio. Alcuni dicono che le bioplastiche, realizzate con il 20% o più di materiali rinnovabili, potrebbero essere la soluzione all'inquinamento da plastica. I vantaggi spesso citati della bioplastica sono il ridotto utilizzo di risorse di combustibili fossili, una minore impronta di carbonio, e decomposizione più rapida. La bioplastica è anche meno tossica e non contiene bisfenolo A (BPA), un distruttore ormonale che si trova spesso nelle plastiche tradizionali.

Kartik Chandran, un professore del Dipartimento di Ingegneria della Terra e dell'Ambiente della Columbia University che si occupa di bioplastiche, ritiene che rispetto alle plastiche tradizionali, "le bioplastiche sono un miglioramento significativo."

Però, si scopre che le bioplastiche non sono ancora il proiettile d'argento per il nostro problema della plastica.

Quanto sono biodegradabili le bioplastiche?

Poiché spesso si fa confusione quando si parla di bioplastiche, chiariamo prima alcuni termini.

• Degradabile – Tutta la plastica è degradabile, anche plastica tradizionale, ma solo perché può essere scomposto in minuscoli frammenti o polvere non significa che i materiali torneranno mai alla natura. Alcuni additivi alle plastiche tradizionali le fanno degradare più rapidamente. La plastica fotodegradabile si rompe più facilmente alla luce del sole; la plastica oxo-degradabile si disintegra più rapidamente se esposta al calore e alla luce.
• Biodegradabile:la plastica biodegradabile può essere completamente scomposta in acqua, anidride carbonica e compost da microrganismi nelle giuste condizioni. "Biodegradabile" implica che la decomposizione avvenga in settimane o mesi. Le bioplastiche che non si biodegradano così rapidamente sono chiamate "durevoli, " e alcune bioplastiche ricavate da biomasse che non possono essere facilmente scomposte dai microrganismi sono considerate non biodegradabili.
• Compostabile:la plastica compostabile si biodegraderà in un sito di compostaggio. I microrganismi lo scompongono in anidride carbonica, acqua, composti inorganici e biomassa alla stessa velocità di altri materiali organici nel cumulo di compost, senza lasciare residui tossici.

Tipi di Bioplastica

Le bioplastiche sono attualmente utilizzate in articoli usa e getta come imballaggi, contenitori, cannucce, borse e bottiglie, e in moquette non usa e getta, tubazioni in plastica, involucri del telefono, Stampa 3D, isolamento per auto e impianti medici. Si prevede che il mercato globale della bioplastica crescerà da $ 17 miliardi quest'anno a quasi $ 44 miliardi nel 2022.

Esistono due tipi principali di bioplastiche.

Il PLA (acido poliattico) è tipicamente costituito dagli zuccheri dell'amido di mais, manioca o canna da zucchero. è biodegradabile, carbon neutral e commestibile. Per trasformare il mais in plastica, i chicchi di mais vengono immersi in anidride solforosa e acqua calda, dove i suoi componenti si scompongono in amido, proteina, e fibra. I chicchi vengono quindi macinati e l'olio di mais viene separato dall'amido. L'amido è costituito da lunghe catene di molecole di carbonio, simile alle catene di carbonio in plastica da combustibili fossili. Alcuni acidi citrici vengono miscelati per formare un polimero a catena lunga (una grande molecola costituita da unità più piccole ripetute) che è l'elemento costitutivo della plastica. Il PLA può apparire e comportarsi come il polietilene (utilizzato nei film plastici, imballaggi e bottiglie), polistirolo (posate di polistirolo e plastica) o polipropilene (confezioni, ricambi auto, tessili). NatureWorks, con sede nel Minnesota, è una delle più grandi aziende produttrici di PLA con il marchio Ingeo.

Il PHA (poliidrossialcanoato) è prodotto da microrganismi, a volte geneticamente modificati, che producono plastica da materiali organici. I microbi sono privati ​​di nutrienti come l'azoto, ossigeno e fosforo, ma dato alti livelli di carbonio. Producono PHA come riserve di carbonio, che immagazzinano in granuli fino a quando non hanno più degli altri nutrienti di cui hanno bisogno per crescere e riprodursi. Le aziende possono quindi raccogliere il PHA prodotto dai microbi, che ha una struttura chimica simile a quella delle plastiche tradizionali. Poiché è biodegradabile e non danneggia i tessuti viventi, Il PHA è spesso usato per applicazioni mediche come suture, imbracature, placche ossee e sostituti della pelle; viene utilizzato anche per imballaggi alimentari monouso.

Gli effetti collaterali della produzione di bioplastica

Mentre le bioplastiche sono generalmente considerate più ecologiche delle plastiche tradizionali, uno studio del 2010 dell'Università di Pittsburgh ha scoperto che non era necessariamente vero quando si prendeva in considerazione il ciclo di vita dei materiali.

Lo studio ha confrontato sette plastiche tradizionali, quattro bioplastiche e una prodotta sia da combustibili fossili che da fonti rinnovabili. I ricercatori hanno determinato che la produzione di bioplastiche ha portato a maggiori quantità di inquinanti, a causa dei fertilizzanti e dei pesticidi utilizzati nella coltivazione delle colture e dei processi chimici necessari per trasformare il materiale organico in plastica. Le bioplastiche hanno anche contribuito maggiormente alla riduzione dell'ozono rispetto alle plastiche tradizionali, e richiedeva un uso estensivo del suolo. B-PET, la plastica ibrida, è risultato avere il più alto potenziale di effetti tossici sugli ecosistemi e il maggior numero di agenti cancerogeni, e ha ottenuto il punteggio peggiore nell'analisi del ciclo di vita perché combinava gli impatti negativi sia dell'agricoltura che della lavorazione chimica.

Le bioplastiche producono emissioni di gas serra significativamente inferiori rispetto alle plastiche tradizionali nel corso della loro vita. Non vi è alcun aumento netto di anidride carbonica quando si decompongono perché le piante di cui sono fatte le bioplastiche hanno assorbito la stessa quantità di anidride carbonica man mano che crescevano. Uno studio del 2017 ha stabilito che il passaggio dalla plastica tradizionale al PLA a base di mais ridurrebbe le emissioni di gas serra negli Stati Uniti del 25%. Lo studio ha inoltre concluso che se la plastica tradizionale fosse prodotta utilizzando fonti di energia rinnovabile, le emissioni di gas serra potrebbero essere ridotte del 50-75%; però, le bioplastiche che potrebbero essere prodotte in futuro con energia rinnovabile hanno mostrato la maggiore promessa per ridurre sostanzialmente le emissioni di gas serra.

Altri problemi

Mentre la biodegradabilità delle bioplastiche è un vantaggio, la maggior parte ha bisogno di impianti di compostaggio industriale ad alta temperatura per abbattere e pochissime città hanno le infrastrutture necessarie per affrontarli. Di conseguenza, le bioplastiche finiscono spesso nelle discariche dove, privo di ossigeno, possono rilasciare metano, un gas serra 23 volte più potente dell'anidride carbonica.

Quando le bioplastiche non vengono smaltite correttamente, possono contaminare lotti di plastica riciclata e danneggiare le infrastrutture di riciclaggio. Se la bioplastica contamina il PET riciclato (polietilene tereftalato, la plastica più comune, utilizzato per bottiglie di acqua e soda), Per esempio, l'intero lotto potrebbe essere rifiutato e finire in discarica. Quindi sono necessari flussi di riciclaggio separati per poter scartare correttamente le bioplastiche.

La terra necessaria per le bioplastiche compete con la produzione alimentare perché le colture che producono le bioplastiche possono essere utilizzate anche per nutrire le persone. La Plastic Pollution Coalition prevede che per soddisfare la crescente domanda globale di bioplastiche, più di 3,4 milioni di acri di terra, un'area più grande del Belgio, Paesi Bassi e Danimarca messi insieme, saranno necessari per far crescere i raccolti entro il 2019. Inoltre, il petrolio utilizzato per far funzionare le macchine agricole produce emissioni di gas serra.

Le bioplastiche sono anche relativamente costose; Il PLA può essere dal 20 al 50 percento più costoso rispetto a materiali comparabili a causa del complesso processo utilizzato per convertire il mais o la canna da zucchero negli elementi costitutivi del PLA. Però, i prezzi stanno scendendo man mano che i ricercatori e le aziende sviluppano strategie più efficienti ed ecocompatibili per la produzione di bioplastiche.

Dalle acque reflue alla bioplastica

Gli studenti di Kartik Chandran e della Columbia stanno sviluppando sistemi per produrre bioplastica biodegradabile da acque reflue e rifiuti solidi. Chandran utilizza una comunità microbica mista che si nutre di carbonio sotto forma di acidi grassi volatili, come l'acido acetico che si trova nell'aceto.

Il suo sistema funziona alimentando le acque reflue in un bioreattore. Dentro, i microrganismi (distinti dai batteri produttori di plastica) convertono il carbonio organico dei rifiuti in acidi grassi volatili. Il deflusso viene quindi inviato a un secondo bioreattore dove i microbi produttori di plastica si nutrono degli acidi grassi volatili. Questi microbi sono continuamente soggetti a fasi di festa seguite da fasi di carestia, durante il quale immagazzinano le molecole di carbonio come PHA.

Chandran sta sperimentando flussi di rifiuti più concentrati, come rifiuti alimentari e rifiuti solidi umani, per produrre gli acidi grassi volatili in modo più efficiente. L'obiettivo della sua ricerca è massimizzare la produzione di PHA e integrare i rifiuti nel processo. "Vogliamo spremere il più possibile [da entrambi i sistemi], " disse Chandran.

Crede che il suo sistema integrato sarebbe più conveniente rispetto ai metodi attualmente utilizzati per produrre bioplastica che comportano l'acquisto di zuccheri per produrre PHA. "Se integri il trattamento delle acque reflue o affronti le sfide dei rifiuti alimentari con la produzione di bioplastica, allora questo è abbastanza favorevole [economicamente], " ha detto Chandran. "Perché se dovessimo scalare e passare alla modalità commerciale, verremmo pagati per portare via i rifiuti alimentari e poi verremmo pagati anche per produrre bioplastiche." Chandran spera di chiudere il cerchio in modo che, un giorno, i prodotti di scarto serviranno abitualmente come risorsa che può essere convertita in prodotti utili come la bioplastica.

Altre alternative promettenti

La Full Cycle Bioplastics in California produce anche PHA da rifiuti organici come rifiuti alimentari, residui colturali come steli e foglie non commestibili, rifiuti di giardino, e carta o cartone non riciclati. Usato per fare borse, contenitori, posate, bottiglie di acqua e shampoo, questa bioplastica è compostabile, degradabile marino (nel senso che se finisce in mare, può servire come cibo per pesci o batteri) e non ha effetti tossici. Full Cycle può elaborare il PHA alla fine della sua vita, e usalo per fare di nuovo plastica vergine.

Renmatix, con sede in Pennsylvania, utilizza biomassa legnosa, erbe energetiche e residui colturali invece di colture alimentari più costose. La sua tecnologia separa gli zuccheri dalla biomassa utilizzando acqua e calore al posto degli acidi, solventi o enzimi in un ambiente relativamente pulito, processo rapido ed economico. Sia gli zuccheri che la lignina della biomassa vengono quindi utilizzati come elementi costitutivi per le bioplastiche e altri bioprodotti.

Alla Michigan State University, gli scienziati stanno cercando di ridurre i costi di produzione della bioplastica attraverso l'uso di cianobatteri, dette anche alghe azzurre, che utilizzano la luce solare per produrre composti chimici attraverso la fotosintesi. Invece di nutrire i loro batteri produttori di plastica con zuccheri di mais o canna da zucchero, questi scienziati hanno ottimizzato i ciano per espellere costantemente lo zucchero che producono naturalmente. I batteri produttori di plastica poi consumano lo zucchero prodotto dai ciano, che sono riutilizzabili.

I ricercatori della Stanford University e la startup californiana Mango Materials stanno trasformando il gas metano dagli impianti di trattamento delle acque reflue o dalle discariche in bioplastica. Il metano viene somministrato ai batteri produttori di plastica che lo trasformano in PHA, che l'azienda vende ai produttori di plastica. Viene utilizzato per tappi di plastica, bottiglie di shampoo o fibre di biopoliestere che possono essere combinate con materiali naturali per l'abbigliamento. La bioplastica si biodegraderà di nuovo in metano, e se raggiunge l'oceano, può essere digerito naturalmente dai microrganismi marini.

Il Centro per le tecnologie sostenibili dell'Università di Bath in Inghilterra sta producendo policarbonato da zuccheri e anidride carbonica per l'uso in bottiglie, lenti e rivestimenti per telefoni e DVD. La plastica tradizionale in policarbonato è realizzata utilizzando BPA (vietato l'uso nei biberon) e il fosgene chimico tossico. I ricercatori di Bath hanno trovato un modo più economico e sicuro per farlo aggiungendo anidride carbonica agli zuccheri a temperatura ambiente. I batteri del suolo possono scomporre la bioplastica in anidride carbonica e zucchero.

E poi ci sono quelli che sviluppano modi innovativi per sostituire del tutto la plastica. L'azienda di design giapponese AMAM produce materiali di imballaggio a base di agar in alghe marine rosse. Il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti sta sviluppando un film biodegradabile e commestibile dalla caseina proteica del latte per avvolgere il cibo; è 500 volte migliore nel mantenere il cibo fresco rispetto alla pellicola di plastica tradizionale. Ed Ecovative, con sede a New York, usa il micelio, la parte vegetativa ramificata di un fungo, per fare i materiali dei funghi, per materiale da imballaggio biodegradabile, piastrelle, fioriere e altro ancora.

Proprio adesso, è difficile affermare che le bioplastiche siano più rispettose dell'ambiente rispetto alle plastiche tradizionali se si considerano tutti gli aspetti del loro ciclo di vita:uso del suolo, pesticidi ed erbicidi, consumo energetico, uso dell'acqua, emissioni di gas serra e metano, biodegradabilità, riciclabilità e altro ancora. Ma mentre i ricercatori di tutto il mondo lavorano per sviluppare varietà più verdi e processi di produzione più efficienti, le bioplastiche promettono di aiutare a ridurre l'inquinamento da plastica e ridurre la nostra impronta di carbonio.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.