Bioplastica a base di spirulina: compostabile in tre settimane

Ambiente
Redazione
2 Agosto 2023
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Utilizziamo la plastica in quasi tutti gli aspetti della nostra vita. Questi materiali sono economici da produrre e incredibilmente solidi. Il problema arriva quando finiamo di usarli: la plastica può persistere nell’ambiente per decenni. Nel corso del tempo si decompone in frammenti più piccoli, chiamati microplastiche, che possono rappresentare un significativo problema ambientale e sanitario .

La soluzione migliore sarebbe quella di utilizzare plastiche a base biologica che si biodegradano, ma molte di queste bioplastiche non sono progettate per degradarsi facilmente, per esempio facendo compostaggio nel giardino di casa. Devono essere trattate in impianti di compostaggio industriali che non sono accessibili facilmente.

Un team guidato da ricercatori dell’Università di Washington ha sviluppato nuove bioplastiche che si degradano negli stessi tempi di una buccia di banana in un bidone del compost da giardino. Queste bioplastiche sono composte interamente da cellule di cianobatteri blu-verdi in polvere, altrimenti noti come spirulina. Il team ha usato calore e pressione per formare la polvere di spirulina in varie forme, la stessa tecnica di lavorazione usata per creare le plastiche convenzionali. Le bioplastiche del team dell’UW hanno proprietà meccaniche paragonabili a quelle delle plastiche monouso derivate dal petrolio.

Il team ha pubblicato questi risultati il 20 giugno su Advanced Functional Materials.

Eleftheria Roumeli, Materials Science and Engineering – University of Washington

“Eravamo motivati a creare bioplastiche che fossero bioderivate e biodegradabili nel nostro giardino di casa, ma anche processabili, scalabili e riciclabili. Le bioplastiche che abbiamo sviluppato, utilizzando solo spirulina, non solo hanno un profilo di degradazione simile a quello dei rifiuti organici, ma sono anche in media 10 volte più forti e più rigide rispetto alle bioplastiche a base di spirulina precedentemente sperimentate. Queste proprietà aprono nuove possibilità per l’applicazione pratica delle plastiche a base di spirulina in vari settori, tra cui gli imballaggi alimentari monouso o le plastiche per la casa, come bottiglie o vassoi”.

I ricercatori hanno scelto di utilizzare la spirulina per produrre la loro bioplastica per alcuni motivi. Innanzitutto, la spirulina può essere coltivata su larga scala, perché viene già utilizzata per vari alimenti e cosmetici. Inoltre, le cellule di spirulina sequestrano l’anidride carbonica durante la crescita, rendendo questa biomassa una materia prima per le plastiche a emissioni zero o potenzialmente negative.

Hareesh Iyer, Materials Science and Engineering – University of Washington

“La spirulina ha anche proprietà uniche di resistenza al fuoco. Quando viene esposta al fuoco, si autoestingue istantaneamente, a differenza di molte plastiche tradizionali che si bruciano o si fondono. Questa caratteristica di resistenza al fuoco rende le plastiche a base di spirulina vantaggiose per le applicazioni in cui le plastiche tradizionali non sono adatte a causa della loro infiammabilità. Un esempio potrebbe essere quello dei rack in plastica nei centri dati, perché i sistemi utilizzati per mantenere freschi i server possono diventare molto caldi”.

La creazione di prodotti in plastica spesso comporta un processo che utilizza calore e pressione per modellare la plastica nella forma desiderata. Il team dell’UW ha adottato un approccio simile per le sue bioplastiche.

“Questo significa che non dovremo riprogettare da zero le linee di produzione se vogliamo usare i nostri materiali su scala industriale“, ha detto Roumeli. “Abbiamo eliminato una delle barriere comuni tra il laboratorio e la scalabilità per soddisfare la domanda industriale. Ad esempio, molte bioplastiche sono composte da molecole estratte dalla biomassa, come le alghe, e mescolate con modificatori di prestazioni prima di essere fuse in pellicole. Questo processo richiede che i materiali siano in forma di soluzione prima della colata, e non è scalabile”.

Altri ricercatori hanno utilizzato la spirulina per creare bioplastiche, ma le bioplastiche dei ricercatori dell’UW sono molto più resistenti e rigide rispetto ai tentativi precedenti. Il team dell’UW ha ottimizzato la microstruttura e il legame all’interno di queste bioplastiche modificando le condizioni di lavorazione – come la temperatura, la pressione e il tempo di permanenza nell’estrusore o nella pressa a caldo – e studiando le proprietà strutturali dei materiali risultanti, tra cui la resistenza, la rigidità e la tenacità.

Queste bioplastiche non sono ancora pronte per essere utilizzate a livello industriale. Ad esempio, pur essendo resistenti, questi materiali sono ancora piuttosto fragili. Un’altra sfida è la sensibilità all’acqua.

Il team sta affrontando questi problemi e continua a studiare i principi fondamentali che determinano il comportamento di questi materiali. I ricercatori sperano di poter progettare per situazioni diverse creando un assortimento di bioplastiche. Questo sarebbe simile alla varietà di plastiche esistenti a base di petrolio.

I materiali di nuova concezione sono anche riciclabili.

“La biodegradazione non è lo scenario preferito per il fine vita”, ha detto Roumeli. “Le nostre bioplastiche a base di spirulina sono riciclabili attraverso il riciclo meccanico, che è molto accessibile. Tuttavia, le persone non riciclano spesso la plastica, quindi il fatto che le nostre bioplastiche si degradino rapidamente nell’ambiente è un ulteriore vantaggio”.

Per ulteriori informazioni, si può contattare Eleftheria Roumeli: eroumeli@uw.edu

Nella foto di copertina Mallory Parker, dottoranda in scienze dei materiali e ingegneria dell’UW, aggiunge polvere di spirulina a uno stampo per il logo dell’UW. Una volta inserito nella pressa a caldo, lo stampo genererà un pezzo di plastica a forma di logo dell’UW. (Mark Stone/Università di Washington)