Progetto CNR e DINAQUA: bioplastiche dai gusci di gamberi. Si può fare?

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Quali siano le possibilità che offre il modello di economia circolare applicato agli allevamenti di crostacei? Cerchiamo di capire insieme con il Dott. Malinconico, Dirigente di ricerca del CNR di Pozzuoli, anche le problematiche e le prospettive del settore di bioplastiche, nonché le azioni da intraprendere per spingere il cambio culturale, necessario per il successo e per il futuro del nostro pianeta.

Questo articolo è anche una dedica alle due date importanti nella nostra agenda: Giornata mondiale dell’ambiente, festeggiata lo scorso 5 giugno, e Giornata mondiale degli oceani, il 8 giugno, parlata ampiamente anche su tanti mass media nazionali. Ma anche un augurio agli stakeholders e opinion-makers, nonche agli investitori in vista degli orientamenti-guida che ha pubblicato recentemente La Commissione. Queste normative sono destinate di garantire che alcuni prodotti di plastica monouso non siano più immessi sul mercato, come previsto dalle norme comunitarie del 2019.

Applicazione delle bioplastiche

Packaging alimentare

Il settore delle bioplastiche in generale deve soddisfare in primis le esigenze del packaging, in particolare quello del packaging alimentare. Pensiamo che la direzione per ottenere un packaging alimentare performante e sostenibile sia quello di impiegare, oltre ai polimeri naturali a base di amido, oggi tecnologia prevalente per le bioplastiche, ad esempio, i materiali come il chitosano – potenzialmente ottenibile dai gusci di crostacei – ma non solo, anche altri, come gli alginati, le pectine, cioè quelli della famiglia dei polisaccaridi ionici. Questi materiali possono essere accoppiati agli imballaggi in polpa di cellulosa, conferendo una sufficiente resistenza all’umidità, con una capacità addirittura di migliorare le caratteristiche antibatteriche.

Si tratta quindi di ottenere degli accoppiati: carta+bioplastica, utilizzabili nel settore dell’imballaggio rigido e flessibile, ma compostabile. Possiamo soddisfare anche i parametri richiesti ai materiali home compostable perché in alcuni paesi la compostabilità industriale non viene considerata come sufficiente, ma è richiesta la home compostability, la quale non tutte le bioplastiche sono in grado di garantire. Per cui questi polimeri naturali, appartenenti alle famiglie dei polisaccaridi e ricavabili da scarti agroalimentari – come ad esempio i gusci dei crostacei, i pastazzi della frutta – possono soddisfare a queste esigenze, accoppiandosi agli imballaggi in cellulosa – intrinsecamente compostabile e home compostable – e, mantenendo queste caratteristiche, conferire però ulteriori prestazioni: come quella antibatterica, il miglioramento delle proprietà barriera e quindi ampliarne i settori di utilizzo.

Utilizzo delle bioplastiche in agricoltura

Altro settore di applicazione delle nostre bioplastiche è quello dell’utilizzo in agricoltura per la sostituzione dei film plastici, che vengono usati per la pacciamatura dei suoli, una tecnica altamente virtuosa, perché riduce l’apporto di sostanze chimiche per il diserbo, riduce l’evaporazione dell’acqua, tiene il terreno più caldo e quindi premette anche raccolti precoci. La pacciamatura al giorno d’oggi è fatta però con dei film di plastica in polietilene, sostanzialmente color nero, che si può vedere ovunque in Italia nei campi, dove si coltivano le fragole, i peperoni, i meloni, l’insalate.

Al giorno d’oggi quel polietilene nero a fine utilizzo non può essere raccolto e smaltito opportunamente, perché è fortemente danneggiato dalle radiazioni solari, dagli insulti meccanici e quindi viene molto spesso abbandonato nel terreno, bruciato o anche seppellito nel terreno stesso in tanti paesi com’è l’India e la Cina. In Italia questa pratica fortunatamente è stata fortemente sanzionata e quindi il coltivatore deve pagare una ditta per lo smaltimento, ma ancora in molti paesi, come accade in Italia, viene ancora bruciata illegalmente a fine vita.

Quindi sostituire o almeno avere delle alternative in agricoltura – parliamo di decine e decine di migliaia di tonnellate di queste plastiche destinate spesso all’incenerimento – è possibile, sviluppando dei materiale a base di prodotti naturali, come il chitosano, opportunamente miscelato con altri prodotti e realizzare delle vernici biodegradabili. Questi prodotti, spruzzati sul suolo agricolo, pellicolano, formano questa membrana protettiva e alla fine possono essere arate nel terreno e diventare un ammendante o un fertilizzante del suolo. Anche perché vengono usati prodotti naturali provenienti da scarti, che possono essere conformi alle direttive europee, ma anche a quelle dell’ONU sullo sviluppo sostenibile.

Gli obiettivi di sviluppo del settore bioplastiche necessitano una rivoluzione culturale

Il problema di plastiche “tradizionali” presenti sul mercato in grande quantità, è che sono decisamente molto più durevoli del prodotto che hanno imballato. Un prodotto alimentare mediamente ha una shelf-life, che parte da pochi settimane, se non giorni, per i prodotti freschi, e non supera un anno o due in ogni caso. Gli imballaggi invece possono durare anche 100-200 anni, soprattutto – come accade spesso – quando sono stati abbandonati nell’ambiente.

Sicuramente è possibile, anzi, è fortemente auspicabile, utilizzare nel packaging dei prodotti alimentari (come le bottiglie di acqua, ad esempio) le bioplastiche, trasparenti o accoppiate con la carta e quindi non trasparenti. Anche nel packaging mono uso, con delle finestrature, che permettono di vedere il prodotto all’interno (come i sacchetti per il pane, ad esempio), è possibile utilizzare le plastiche biodegradabili e compostabili, perché hanno una durata paragonabile o necessaria al consumo del prodotto, che è stato impacchettato, ma non infinita. Tutti questi tipi di imballaggio, dopo aver svolto la funzione di packaging, potranno essere messe nella pattumiera della frazione organica dei rifiuti e andranno a compostaggio, insieme ai residui dei prodotti alimentari.

E quindi parliamo di una rivoluzione culturale, in quanto questo nuovo imballaggio green viene costituito da cellulosa proveniente dalle piantagioni dedicate, o anche dal riciclo, la parte di bioplastica – a sua volta – prodotta con amidi non di uso alimentare. Questi due materiali, combinati insieme, danno un prodotto, che ritorna alla natura, in quanto va ad essere utilizzato nel compost e quindi per ridare carbonio organico ai suoli, sfruttati enormemente oggi dall’uso intensivo di fertilizzanti sintetici, sostanze chimiche diserbanti e quant’altro. Quindi la bioplastica ha una sua filiera etica, oltre che prestazionale.

Il problema dei costi sta nella filiera mancante, che richiede uno sforzo di tutti

Attualmente il costo di bioplastiche è superiore di quello delle plastiche tradizionali, perché non si è ancora organizzata una filiera di produzione a livello mondiale, come invece è già avvenuto da 100 anni per le plastiche tradizionali.

Il petrolio, estratto in punti specifici della nostra sfera terrestre, trasformato in impianti di altissime potenzialità – parliamo di trattamenti di 2-3 milioni di tonnellate per volta – venduti poi con una filiera logistica ben organizzata, porta alla fine ad avere un prezzo delle plastiche petrolifere basso. Per le bioplastiche oggi siamo ancora ai valori dei costi di 3-4 volte superiori, e quindi bisogna fare uno sforzo per far sì, che questa filiera si incrementi in termini di volume dei prodotti, in termini anche di accesso al mercato.

Per approfondire. The Guardian: Venti aziende producono il 55% dei rifiuti mondiali di plastica monouso

Secondo un nuovo rapporto, tra le 20 aziende globali responsabili del 55% dei rifiuti di packaging mono d’uso in plastica su livello globale ci sono le società statali e multinazionali, tra cui i giganti del petrolio e del gas e le aziende chimiche.

I primi 10 produttori mondiali di plastica monouso

ExxonMobil 5.9%
Dow 5.6%
Sinopec 5.3%
Indorama Ventures 4.6%
Saudi Aramco 4.3%
PetroChina 4%
LyondellBasell 3.9%
Reliance Industries 3.1%
Braskem 3%
Alpek SA de CV 2.3%

I numeri della produzione di bioplastica odierna

Se parliamo di plastiche biodegradabili, che hanno come base di partenza l’amido, ci sono due grande strategie mondiali, due grandi famiglie di bioplastiche oggi disponibili industrialmente per il packaging:

accoppiare l’amido termoplastico con una certa percentuale di poliestere, ed è anche la strategia italiana
l’amido decomposto enzimaticamente ad acido lattico e l’acido lattico polimerizzato a PLA

Oggi parliamo di una disponibilità a livello mondiale che non raggiunge 200 mila tonnellate all’anno, con dei piani di sviluppo che da qui al 2025 potrebbero portare alla disponibilità di 2 milioni di tonnellate. Ci confrontiamo però con un mercato dell’imballaggio sottile e ultra sottile che richiede almeno 20 milioni di tonnellate di plastica all’anno. Quindi, per arrivare entro il 2025, o almeno entro il 2030 ad una disponibilità di bioplastiche sufficiente a soddisfare il bisogno mondiale abbiamo bisogno:

di forti interventi anche dal punto di vista legislativo nel bandire a livello mondiale l’utilizzo di plastiche sottili o ultrasottili di origine petrolifera non compostabili

di incentivazione della filiera del compostabile con una forte detassazione

quindi di un forte aiuto al commercio nei prossimi anni

Prof. Mario Malinconico

Rimane sicuramente ancora più problematico l’utilizzo di plastiche provenienti da fonti alternative all’amido – come quelle del chitosano, delle pectine. Potenzialmente il chitosano è disponibile in enormi quantità, in quanto è prodotto dalla natura in quantità inferiori soltanto alla cellulosa, ma superiore addirittura l’amido, parliamo di milioni di tonnellate all’anno potenzialmente disponibili dalle fonte marine. Ma purtroppo queste materie sono state principalmente selezionate in alcuni settori specifici nella farmaceutica, i quali non richiedono grandi volumi, ma hanno un grandissimo valore del prezzo, se sono ultra purificati, cioè vengono usati soltanto poche decine di migliaia di tonnellate all’anno rispetto alla reale disponibilità (per esempio di chitosano).

Se si dovesse affermare la filiera dell’utilizzo del chitosano nel packaging – si tratta di costruire realmente una filiera nuova di trasformazione. Volendo evitare il trasferimento di biomasse da una regione del mondo ad un’altra, bisogna assolutamente potenziare le filiere come quella che stiamo immaginando con DINAQUA sull’allevamento dei gamberi e di crostacei in Italia, per fare in modo, che la biomassa residuale rimane in Italia, senza dover importare biomasse ottenute da altri paesi, principalmente da paesi extraeuropei.

Filiera di produzione di bioplastiche in Campania con DINAQUA

Se seguiamo la strategia etica, intendo quella di non costruire ex novo impianti e di non continuare il consumo del suolo, ma di rivitalizzare le aree industriali dismesse, ce ne sono tante. Perché la Campania è una regione di grandissima tradizione di manifattura, di trasformazione; purtroppo la crisi ha fatto chiudere molti impianti tradizionali, che oggi potrebbero rendersi disponibili per fare nuove attività. Per cui io ritengo che esistano le condizioni logistiche per realizzare una filiera in Campania, dove esistono anche le competenze: dalla chimica, alla biologia, alla ingegneria dei materiali, al settore marittimo e così via.

Quello che ci manca è una linea di indirizzo chiara della Regione: cioè a) utilizzare le biomasse non ai fini energetici, ma ai fini materici, quindi per produrre materiali b) avere il sostegno delle banche. Dall’altro lato il sistema imprenditoriale dovrebbe affiancare il PNRR, nelle regioni meridionali per poter cofinanziare gli investimenti che sono necessari. come sai nel PNRR è prevista l’istituzione proprio in Campania di un Polo tecnologico agroalimentare in cui saranno investiti 20-30 milioni di euro nell’aria Ex San Giovanni, quindi vicino all’Università Federico II, dove dovrebbero essere insediati anche gli impianti piloti industriali di grandi dimensione per attirare gli investimenti delle imprese, che vogliono operare nel settore delle biotecnologie.

Noi – come CNR – ci siamo. Abbiamo avanzato le nostre proposte insieme con l’Università Federico II, e questa per me è una carta di credito, che abbiamo attivato per seguire nei prossimi anni investimenti proprio di questo tipo, cioè biomasse provenienti da lavorazioni agro-industriali, lavorazioni ittiche, che trovino in Campania gli impianti di trasformazione, per farle diventare nuovi imballaggi sostenibili.

Sono sicuro che possiamo farcela. Dobbiamo attivare tutti i collegamenti necessari per fare il distretto, ma le premesse ci sono e ognuno deve fare la sua parte.

Authors & Credits

Esperti

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Dott. Mario Malinconico

Dirigente di ricerca del CNR di Pozzuoli (NA), dell’Istituto per i polimeri compositi e biomateriali – il più grande istituto italiano dedicato alla scienza e la tecnologia dei materiali a base polimerica per le applicazioni nei settori del packaging, dell’agricoltura, dell’elettronica, del trasporto e dei biomateriali per uso medicale.

L’istituto studia un approccio alla soluzione delle problematiche causate dall’uso indiscriminato e non corretto delle materie plastiche principalmente rivolgendosi al settore dell’imballaggio, riguarda sia il food, ma anche tutti gli articoli che necessitano di essere venduti in un qualsiasi tipo di negozio, inclusa l’elettronica. Ultimo, ma non meno importante è l’imballaggio in agricoltura: i polimeri che si usano per la protezione delle coltivazioni.

Nel percorso degli studi, Mario Malinconico si occupa sia del riciclo delle materie plastiche tradizionali (polietilene, polipropilene e pet), sia delle alternative sostenibili da fonti rinnovabili, cioè di bioplastiche, che abbiano la possibilità di affiancarsi – se non sostituire – le plastiche di origine petrolifera utilizzati nel settore dell’imballaggio, per avere un fine vita nella filiera del compostaggio. Il problema più serio, che si pone l’istituto, è quello delle materie prime, e quindi dell’industrializzazione di bioplastiche.

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