Le plastiche sintetiche hanno reso più economici molti aspetti della vita moderna, più sicuro e conveniente. Però, non siamo riusciti a capire come sbarazzarcene dopo averli usati.

A differenza di altre forme di spazzatura, come cibo e carta, la maggior parte delle plastiche sintetiche non può essere facilmente degradata da microrganismi vivi o attraverso processi chimici. Di conseguenza, una crescente crisi dei rifiuti di plastica minaccia la salute del nostro pianeta. È incarnato dal Great Pacific Garbage Patch, un'enorme zona di spazzatura di plastica galleggiante, tre volte più grande della Francia, che si estende tra la California e le Hawaii. Gli scienziati hanno stimato che se le tendenze attuali continuano, la massa di plastica nell'oceano sarà uguale alla massa dei pesci entro il 2050. La produzione di plastica dal petrolio aumenta anche i livelli di anidride carbonica nell'atmosfera, contribuendo al cambiamento climatico.

Gran parte del mio lavoro è stato dedicato alla ricerca di modi sostenibili per produrre e abbattere la plastica. Il mio laboratorio e altri stanno facendo progressi su entrambi i fronti. Ma queste nuove alternative devono competere con le plastiche sintetiche che hanno infrastrutture consolidate e processi ottimizzati. Senza politiche di sostegno del governo, alternative plastiche innovative avranno difficoltà ad attraversare la cosiddetta "valle della morte" dal laboratorio al mercato.

Dal legno e seta al nylon e al plexiglass

Tutte le materie plastiche sono costituite da polimeri:grandi molecole che contengono molte piccole unità, o monomeri, uniti a formare lunghe catene, molto simili a fili di perline. La struttura chimica delle perle ei legami che le uniscono determinano le proprietà dei polimeri. Alcuni polimeri formano materiali duri e tenaci, come il vetro e le resine epossidiche. Altri, come la gomma, può piegarsi e allungarsi.

Per secoli gli esseri umani hanno realizzato prodotti con polimeri provenienti da fonti naturali, come la seta, cotone, legno e lana. Dopo l'uso, queste plastiche naturali sono facilmente degradate dai microrganismi.

I polimeri sintetici derivati ​​dal petrolio sono stati sviluppati a partire dagli anni '30, quando nuove innovazioni materiali erano disperatamente necessarie per supportare le truppe alleate nella seconda guerra mondiale. Per esempio, nylon, inventato nel 1935, sostituito seta in paracadute e altri attrezzi. E poli (metilmetacrilato), noto come plexiglas, sostituito per il vetro nei finestrini degli aerei. A quel tempo, c'era poca considerazione se o come questi materiali sarebbero stati riutilizzati.

Le moderne plastiche sintetiche possono essere raggruppate in due famiglie principali:Termoplastiche, che si ammorbidiscono al riscaldamento e poi si induriscono nuovamente al raffreddamento, e termoindurenti, che non si ammorbidiscono mai una volta modellati. Alcuni dei polimeri sintetici ad alto volume più comuni includono polietilene, utilizzato per realizzare involucri di pellicola e sacchetti di plastica; polipropilene, utilizzato per formare contenitori e imballaggi riutilizzabili; e polietilene tereftalato, o PET, usato nei vestiti, tappeti e bottiglie per bevande in plastica trasparente.

Sfide di riciclaggio

Oggi solo il 10% circa della plastica scartata negli Stati Uniti viene riciclata. I trasformatori necessitano di un flusso in ingresso di plastica non contaminata o pura, ma i rifiuti di plastica spesso contengono impurità, come residui di cibo.

I lotti di prodotti in plastica smaltiti possono anche includere più tipi di resina, e spesso non sono coerenti nel colore, forma, trasparenza, il peso, densità o dimensione. Ciò rende difficile per le strutture di riciclaggio ordinarli per tipo.

La fusione e la riformazione dei rifiuti di plastica misti creano materiali riciclati con prestazioni inferiori rispetto al materiale vergine. Per questa ragione, molte persone si riferiscono al riciclaggio della plastica come "downcycling".

Come la maggior parte dei consumatori sa, molti articoli in plastica sono contrassegnati da un codice che indica il tipo di resina di cui sono composti, numerati da uno a sette, dentro un triangolo formato da tre frecce. Questi codici sono stati sviluppati negli anni '80 dalla Society of the Plastics Industry, e hanno lo scopo di indicare se e come riciclare tali prodotti.

Però, questi loghi sono altamente fuorvianti, poiché suggeriscono che tutti questi beni possono essere riciclati un numero infinito di volte. Infatti, secondo l'Agenzia per la protezione dell'ambiente, i tassi di riciclaggio nel 2015 variavano da un massimo del 31% per il PET (codice SPI 1) al 10% per il polietilene ad alta densità (codice SPI 2) e una piccola percentuale al massimo per altri gruppi.

Secondo me, alla fine si dovrebbe richiedere che la plastica monouso sia biodegradabile. Per fare questo lavoro, le famiglie dovrebbero avere bidoni dei rifiuti organici per raccogliere il cibo, carta e rifiuti polimerici biodegradabili per il compostaggio. La Germania ha un tale sistema in atto, e San Francisco composta i rifiuti organici da case e aziende.

Progettare polimeri più ecologici

Poiché le plastiche moderne hanno molti tipi e usi, sono necessarie molteplici strategie per sostituirli o renderli più sostenibili. Un obiettivo è produrre polimeri da fonti di carbonio a base biologica anziché dal petrolio. L'opzione più facilmente implementabile è convertire il carbonio dalle pareti cellulari delle piante (lignocellulosiche) in monomeri.

Come esempio, il mio laboratorio ha sviluppato un catalizzatore di lievito che prende oli di origine vegetale e li converte in un poliestere che ha proprietà simili al polietilene. Ma a differenza di una plastica a base di petrolio, può essere completamente degradato dai microrganismi nei sistemi di compostaggio.

È inoltre imperativo sviluppare nuovi percorsi convenienti per la decomposizione della plastica in sostanze chimiche di alto valore che possono essere riutilizzate. Ciò potrebbe significare l'uso di catalizzatori biologici e chimici. Un esempio interessante è un batterio intestinale dei vermi della farina che può digerire il polistirene, convertendolo in anidride carbonica.

Altri scienziati stanno sviluppando vitrimeri ad alte prestazioni, un tipo di plastica termoindurente in cui i legami che le catene reticolano possono formarsi e spezzarsi, a seconda delle condizioni interne come la temperatura o il pH. Questi vetrimeri possono essere usati per rendere duro, prodotti stampati che possono essere convertiti in materiali fluidi alla fine del loro ciclo di vita in modo che possano essere riformati in nuovi prodotti.

Ci sono voluti anni di ricerca, sviluppo e marketing per ottimizzare le plastiche sintetiche. Nuovi polimeri verdi, come l'acido polilattico, stanno appena iniziando ad entrare nel mercato, principalmente in sacchetti di compost, contenitori per alimenti, bicchieri e stoviglie usa e getta. I produttori hanno bisogno di supporto mentre lavorano per ridurre i costi e migliorare le prestazioni. È inoltre fondamentale collegare gli sforzi accademici e industriali, in modo che le nuove scoperte possano essere commercializzate più rapidamente.

Oggi l'Unione Europea e il Canada forniscono un supporto governativo molto maggiore per la scoperta e lo sviluppo di materie plastiche a base biologica e sostenibili rispetto agli Stati Uniti. Questo deve cambiare se l'America vuole competere nella rivoluzione dei polimeri sostenibili.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.