I ricercatori della prestigiosa School of Packaging della Michigan State University hanno sviluppato un modo per rendere più biodegradabile un’alternativa promettente e sostenibile alla plastica a base di petrolio.
Un team guidato da Rafael Auras ha realizzato una miscela di polimeri a base biologica compostabile sia in ambienti domestici che industriali. Il lavoro è pubblicato sulla rivista ACS Chimica e ingegneria sostenibili.
“Negli Stati Uniti e nel mondo, c’è un grosso problema con i rifiuti e in particolare i rifiuti di plastica”, ha affermato Auras, professore MSU e Amcor Endowed Chair in Packaging Sustainability.
Meno del 10% dei rifiuti di plastica viene riciclato negli Stati Uniti Ciò significa che la maggior parte dei rifiuti di plastica finisce come spazzatura o rifiuti, creando problemi economici, ambientali e persino di salute.
“Sviluppando prodotti biodegradabili e compostabili, possiamo deviare parte di questi rifiuti”, ha affermato Auras. “Possiamo ridurre la quantità che va in una discarica”.
Un altro vantaggio è che la plastica destinata al bidone del compost non dovrebbe essere ripulita dai contaminanti alimentari, il che rappresenta un ostacolo importante per un riciclaggio efficiente della plastica. Gli impianti di riciclaggio devono abitualmente scegliere tra spendere tempo, acqua ed energia per pulire i rifiuti di plastica sporchi o semplicemente buttarli via.
“Immagina di avere una tazza di caffè o un vassoio per microonde con salsa di pomodoro”, ha detto Auras. “Non avresti bisogno di sciacquarli o lavarli, potresti semplicemente compostare.”
PLA e un “punto debole” per l’amido
Il team ha lavorato con quello che è noto come acido polilattico, o PLA, che sembra una scelta ovvia in molti modi. È stato utilizzato negli imballaggi per oltre un decennio ed è derivato da zuccheri vegetali anziché dal petrolio.
Se gestiti correttamente, i sottoprodotti di scarto del PLA sono tutti naturali: acqua, anidride carbonica e acido lattico.
Inoltre, i ricercatori sanno che il PLA può biodegradarsi nei composter industriali. Questi composter creano condizioni, come temperature più elevate, che favoriscono maggiormente la scomposizione delle bioplastiche rispetto ai composter domestici.
Tuttavia, l’idea di rendere il PLA compostabile a casa sembrava impossibile per alcune persone.
“Ricordo che le persone ridevano dell’idea di sviluppare il compostaggio domestico con PLA come opzione”, ha detto Pooja Mayekar, una studentessa di dottorato nel gruppo di laboratorio di Auras e prima autrice del nuovo rapporto. “Questo perché i microbi non possono attaccare e consumare il PLA normalmente. Deve essere scomposto fino al punto in cui possono utilizzarlo come cibo”.
Sebbene le impostazioni del compost industriale possano portare il PLA a quel punto, ciò non significa che lo facciano rapidamente o completamente.
“In effetti, molti compostatori industriali ancora evitano di accettare bioplastiche come il PLA”, ha affermato Auras.
Nei suoi esperimenti, supportati dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e dalla MSU AgBioResearch, il team ha dimostrato che il PLA può rimanere fermo per 20 giorni prima che i microbi inizino a digerirlo in condizioni di compostaggio industriale.
Per eliminare quel ritardo e consentire la possibilità del compostaggio domestico, Auras e il suo team hanno integrato nel PLA un materiale derivato dai carboidrati chiamato amido termoplastico. Tra gli altri vantaggi, l’amido dà ai microbi del compostaggio qualcosa che possono masticare più facilmente mentre il PLA si degrada.
“Quando parliamo dell’aggiunta di amido, ciò non significa che continuiamo a scaricare l’amido nella matrice PLA”, ha detto Mayekar. “Si trattava di cercare di trovare un punto debole con l’amido, quindi il PLA si degrada meglio senza compromettere le sue altre proprietà”.
Fortunatamente, il ricercatore post-dottorato Anibal Bher aveva già formulato diverse miscele di amido termoplastico PLA per osservare come preservassero la forza, la chiarezza e altre caratteristiche desiderabili dei normali film PLA.
Lavorando con il dottorando Wanwarang Limsukon, Bher e Mayekar hanno potuto osservare come quei diversi film si rompessero durante il processo di compostaggio se eseguiti in condizioni diverse.
“Diversi materiali hanno modi diversi di subire l’idrolisi all’inizio del processo e la biodegradazione alla fine”, ha detto Limsukon. “Stiamo lavorando per tracciare l’intero percorso”.
Il team ha condotto questi esperimenti utilizzando sistemi che Auras e membri del laboratorio, passati e presenti, hanno in gran parte costruito da zero durante i suoi 19 anni con MSU. Anche l’attrezzatura a cui i ricercatori hanno accesso al di fuori del proprio laboratorio nella School of Packaging fa la differenza.
“Lavorare con il Dr. Auras, la School of Packaging, MSU – è fantastico”, ha detto Bher. “Perché, a un certo punto, vogliamo realizzare prodotti reali. Stiamo utilizzando le strutture intorno al campus per realizzare materiali e testarne le proprietà. MSU offre molte risorse”.
“C’è un motivo per cui questa è una delle migliori scuole per l’imballaggio”, ha detto Mayekar.
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