Usiamo la plastica in quasi ogni aspetto della nostra vita. Questi materiali sono economici da realizzare e incredibilmente stabili. Il problema arriva quando abbiamo finito di usare qualcosa di plastica: può persistere nell’ambiente per anni. Nel corso del tempo, la plastica si scompone in frammenti più piccoli, chiamati microplastiche, che possono porre notevoli problemi ambientali e di salute.
Un team guidato da ricercatori dell’Università di Washington ha sviluppato nuove bioplastiche ottenute da cellule di cianobatteri blu-verdi in polvere, altrimenti note come spirulina. Qui Mallory Parker, studente di dottorato in scienze dei materiali e ingegneria dell’UW, mostra un cubo di bioplastica a base di spirulina. Credito immagine: Mark Stone/Università di Washington
La soluzione migliore sarebbe utilizzare plastiche a base biologica che si biodegradano invece, ma molte di quelle bioplastiche non sono progettate per degradarsi in condizioni di compostaggio da cortile. Devono essere lavorati in impianti di compostaggio commerciali, che non sono accessibili in tutte le regioni del paese.
Un team guidato da ricercatori dell’Università di Washington ha sviluppato nuove bioplastiche che si degradano nello stesso lasso di tempo di una buccia di banana in un bidone del compost in giardino. Queste bioplastiche sono realizzate interamente in polvere blu-verde cianobatteri cellule, altrimenti noto come spirulina.
Il team ha utilizzato il calore e la pressione per dare alla polvere di spirulina varie forme, la stessa tecnica di lavorazione utilizzata per creare la plastica convenzionale. Le bioplastiche del team UW hanno proprietà meccaniche paragonabili alle plastiche monouso derivate dal petrolio.
Il gruppo pubblicato questi risultati 20 giugno in Advanced Functional Materials.
“Siamo stati motivati a creare bioplastiche che siano sia bioderivate che biodegradabili nei nostri cortili, pur essendo anche lavorabili, scalabili e riciclabili”, ha affermato l’autore senior Eleftheria RoumeliUW assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria.
“Le bioplastiche che abbiamo sviluppato, utilizzando solo spirulina, non solo hanno un profilo di degradazione simile ai rifiuti organici, ma sono anche in media 10 volte più resistenti e rigide rispetto alle bioplastiche spirulina precedentemente riportate. Queste proprietà aprono nuove possibilità per l’applicazione pratica della plastica a base di spirulina in vari settori, tra cui imballaggi alimentari usa e getta o plastica domestica, come bottiglie o vassoi.
I ricercatori hanno scelto di utilizzare la spirulina per produrre le loro bioplastiche per alcuni motivi. Innanzitutto può essere coltivato su larga scala perché le persone lo usano già per vari alimenti e cosmetici. Inoltre, le cellule di spirulina sequestrano l’anidride carbonica man mano che crescono, rendendo questa biomassa una materia prima carbon-neutral, o potenzialmente carbon-negative, per la plastica.
Cellule di spirulina in polvere (polvere verde nel contenitore). Credito immagine: Mark Stone/Università di Washington
“La spirulina ha anche proprietà ignifughe uniche”, ha affermato l’autore principale Hareesh Iyeruno studente di dottorato in scienze dei materiali e ingegneria dell’UW.
“Quando esposto al fuoco, si autoestingue all’istante, a differenza di molte plastiche tradizionali che bruciano o si sciolgono. Questa caratteristica ignifuga rende le plastiche a base di spirulina vantaggiose per applicazioni in cui le plastiche tradizionali potrebbero non essere adatte a causa della loro infiammabilità. Un esempio potrebbe essere rappresentato dai rack di plastica nei data center perché i sistemi utilizzati per mantenere i server freddi possono diventare molto caldi”.
La creazione di prodotti in plastica spesso comporta l’utilizzo di calore e pressione per modellare la plastica nella forma desiderata. Il team UW ha adottato un approccio simile con le loro bioplastiche.
Uno dei vantaggi dell’utilizzo della spirulina per produrre bioplastiche è che ha proprietà ignifughe. Qui Mallory Parker, studente di dottorato in ingegneria e scienze dei materiali UW, dimostra che la bioplastica, modellata in una trave, non prende fuoco o si scioglie. Credito immagine: Mark Stone/Università di Washington
“Ciò significa che non dovremmo riprogettare le linee di produzione da zero se volessimo utilizzare i nostri materiali su scala industriale”, ha affermato Roumeli.
“Abbiamo rimosso una delle barriere comuni tra il laboratorio e il ridimensionamento per soddisfare la domanda industriale. Ad esempio, molte bioplastiche sono costituite da molecole estratte dalla biomassa, come le alghe, e mescolate con modificatori delle prestazioni prima di essere trasformate in pellicole. Questo processo richiede che i materiali siano sotto forma di una soluzione prima della fusione, e questo non è scalabile.
Altri ricercatori hanno utilizzato la spirulina per creare bioplastiche, ma le bioplastiche dei ricercatori UW sono molto più resistenti e rigide rispetto ai tentativi precedenti.
Il team UW ha ottimizzato la microstruttura e il legame all’interno di queste bioplastiche alterando le loro condizioni di lavorazione – come temperatura, pressione e tempo nell’estrusore o nella pressa a caldo – e studiando le proprietà strutturali dei materiali risultanti, tra cui resistenza, rigidità e tenacità.
Mallory Parker, studente di dottorato in scienze dei materiali e ingegneria UW, aggiunge polvere di spirulina a uno stampo del logo UW. Una volta che questo stampo entra nella pressa a caldo, genererà un pezzo di plastica a forma di logo UW. Credito immagine: Mark Stone/Università di Washington
Queste bioplastiche non sono ancora pronte per essere scalate per l’uso industriale. Ad esempio, mentre questi materiali sono forti, sono ancora abbastanza fragili. Un’altra sfida è che sono sensibili all’acqua.
“Non vorresti che piovesse su questi materiali”, ha detto Iyer.
Il team sta affrontando questi problemi e continuando a studiare i principi fondamentali che determinano il comportamento di questi materiali. I ricercatori sperano di progettare per diverse situazioni creando un assortimento di bioplastiche. Questo sarebbe simile alla varietà di plastica a base di petrolio esistente.
I materiali di nuova concezione sono anche riciclabili.
“La biodegradazione non è il nostro scenario di fine vita preferito”, ha affermato Roumeli. “Le nostre bioplastiche spirulina sono riciclabili attraverso il riciclaggio meccanico, che è molto accessibile. Tuttavia, le persone non riciclano spesso la plastica, quindi è un ulteriore vantaggio che le nostre bioplastiche si degradano rapidamente nell’ambiente.
Fonte: Università di Washington
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
