La bioplastica è un materiale costituito da varie famiglie di polimeri che, a differenza della comune plastica derivata da fonti fossili, possono essere biodegradati da microorganismi decompositori. Solitamente si ottiene partendo da piante come il mais, ma alcuni tipi possono essere anche di derivazione petrolchimica. Secondo la definizione data dalla European Bioplastics, la bioplastica è un tipo di plastica che può:
derivare interamente da materie prime di natura petrolchimica ed essere biodegradabile (per esempio PBAT, PCL, PBS) derivare parzialmente o interamente da biomasse e non essere biodegradabile ma riciclabile assieme alla plastica petroderivata (per esempio bio-PET, bio-PP, bio-PE) derivare parzialmente o interamente da biomasse ed essere biodegradabile (le cosiddette "bioplastiche vere" o "bio-based", come ad esempio PHA, PHB e le plastiche a base di amido come il PLA)
Secondo la definizione data da Assobioplastiche, per bioplastiche si intendono quei materiali e quei manufatti, siano essi da fonti vegetali rinnovabili che non rinnovabili di origine fossile, che hanno la caratteristica di essere biodegradabili e compostabili. Assobioplastiche suggerisce quindi di non includere nelle bioplastiche quelle derivanti (parzialmente o interamente) da biomassa che non siano biodegradabili e compostabili, indicandole piuttosto con il nome "plastiche vegetali".
Sviluppo e storia delle bioplastiche Le bioplastiche sono materiali più complessi, più costosi e più difficili da ottenere rispetto alle plastiche derivate dal petrolio, ma hanno grandi vantaggi ambientali ed economici rispetto a queste, come minori emissioni di anidride carbonica per la loro produzione, biodegradabilità e/o origine da fonti rinnovabili. Forniscono inoltre anche un sostegno al comparto agricolo grazie alla catena di equipaggiamento delle materie prime. Di seguito vengono elencate le principali tappe storiche riguardanti questa classe di polimeri sintetici:
1825: il poliidrossibutirrato viene isolato e caratterizzato dal microbiologo francese Maurice Lemoigne; 1855: prima versione prodotta (inferiore) del linoleum; 1862: alla Great London Exhibition, Alexander Parkes espone Parkesine, il primo termoplastico. La parkesina è composta da nitrocellulosa e aveva proprietà molto buone, ma mostrava un'estrema infiammabilità; 1897: ancora oggi prodotta, la Galalith è una bioplastica a base di latte creata dai chimici tedeschi nel 1897. La Galalith si trova principalmente nei bottoni; 1907: Leo Baekeland inventò la bachelite, che ricevette il National Historic Chemical Landmark per le sue proprietà di non conduttività e resistenza al calore. Viene utilizzata negli involucri di radio e telefoni, stoviglie, armi da fuoco e molti altri prodotti; 1912: Brandenberger inventa il cellophane in legno, cotone o cellulosa di canapa;
Anni '20: Wallace Carothers riesce ad ottenere della plastica molto simile a quella petroderivata grazie all'acido polilattico (PLA). Il PLA è però molto costoso da ricavare con le tecnologie dell'epoca e non viene prodotto in serie fino al 1989; 1926: Maurice Lemoigne inventa il poliidrossibutirrato (PHB), la prima bioplastica a base di proteine batteriche; Anni '30: la prima auto in bioplastica fu realizzata con semi di soia da Henry Ford; 1940-1945: durante la seconda guerra mondiale, si assiste ad un aumento della produzione di plastica poiché viene utilizzata in molti materiali bellici. A causa dei finanziamenti e della supervisione del governo, la produzione statunitense di plastica (in generale, non solo bioplastiche) è triplicata nel periodo 1940-1945. Il cortometraggio del governo degli Stati Uniti del 1942 The Tree in a Test Tube illustra il ruolo principale svolto dalle bioplastiche nello sforzo di vittoria della seconda guerra mondiale e nell'economia americana dell'epoca; Anni '50: lamylomaize (mais con contenuto di amilosio > 50%) fu ottenuto con successo e iniziarono a essere esplorate applicazioni commerciali di bioplastiche. Si osserva un calo nella ricerca e sviluppo di bioplastica a causa dei prezzi bassi del petrolio, tuttavia la ricerca sulle plastiche sintetiche continua; Anni '70: il movimento ambientalista stimola un maggiore sviluppo delle bioplastiche; 1983: viene avviata la prima azienda di bioplastiche, Marlborough Biopolymers, che utilizza una bioplastica a base di batteri chiamata "biopal"; 1989: l'ulteriore sviluppo del PLA viene fatto grazie alle ricerche del Dr. Patrick R. Gruber quando scopre come ottenere PLA dal mais (più precisamente dall'amido delle pannocchie). 1990: viene creata l'azienda italiana leader nel settore delle bioplastiche Novamont. Essa utilizza il "Mater-Bi", una bioplastica, in molteplici applicazioni diverse; 1992: su Science è riportato che il PHB può essere prodotto dalla pianta Arabidopsis thaliana; Fine anni '90: lo sviluppo dell'amido TP e BIOPLAST dalla ricerca e produzione dell'azienda BIOTEC ha portato al film BIOFLEX. I film BIOFLEX possono essere classificati come linee di estrusione di film in bolla, estrusione di film piani e linee di stampaggio a iniezione. Queste tre classificazioni hanno applicazioni in pellicole, sacchi per la spazzatura, fogli per pacciamatura, prodotti per l'igiene, film per pannolini, film a bolle d'aria, indumenti protettivi, guanti, sacchi a doppia costola, etichette, nastri-barriera, vassoi, vasi di fiori, prodotti e imballaggi per congelatori, bicchieri, imballaggi farmaceutici, stampaggio ad iniezione, posate usa e getta, lattine, contenitori, pezzi eseguiti, porta CD, articoli cimiteriali, giocattoli e materiale per scrivere; 2001: Metabolix inc. acquista l'attività "biopol" della Monsanto (originariamente Zeneca) che utilizza le piante per produrre bioplastiche; 2001: Nick Tucker usa l'erba dell'elefante come base in bioplastica per realizzare parti di automobili in plastica; 2005: Cargill e Dow Chemicals acquistano in joint-venture NatureWorks, la principale industria mondiale produttrice di PLA. Quest'azienda americana era l'unica realtà produttiva che all'epoca riusciva a garantire una disponibilità della sua bioplastica in tutto il mondo. NatureWorks usa il mais statunitense per ottenere il suo PLA brevettato chiamato Ingeo, prodotto in Nebraska e commercializzato in Europa dal gruppo Resinex. Ingeo è tra le prime bioplastiche totalmente atossiche e sicure certificate come adatte anche per gli alimenti; 2007: il mercato testa la prima plastica biodegradabile al 100% chiamata Mirel di Metabolix inc, ottenuta dalla fermentazione dello zucchero di mais e da batteri geneticamente modificati. 2012: una bioplastica viene sviluppata dalle alghe, risultando essere una delle plastiche più rispettose dell'ambiente sulla base di una ricerca pubblicata dalla rivista Journal of Pharmaceutical Research; 2013: viene depositato un brevetto sulla bioplastica derivata dal sangue e su un agente reticolante. Questo nuovo materiale può essere applicato in ambito medico come sostituto di tessuti, cartilagine, tendini, legamenti, ossa e nella somministrazione di cellule staminali; 2014: in uno studio pubblicato nel 2014 si scopre che le bioplastiche possono essere ottenute miscelando scarti vegetali (prezzemolo e gambi di spinaci, bucce di cacao, bucce di riso, ecc.) con soluzioni di TFA di pura cellulosa; 2016: un esperimento rileva che un paraurti per auto che supera gli standard normativi di sicurezza può essere realizzato con materiali bioplastici a base di nanocellulosa utilizzando bucce di banana; 2017: una ricerca pone le basi per lo sviluppo di bioplastiche ottenute da lignocellulosa (materia vegetale secca); 2018: Ikea avvia la sua prima produzione industriale di mobili in bioplastica e il primo imballaggio a base di frutta; 2019: cinque diversi tipi di nanomateriali a base di chitina sono stati estratti e sintetizzati dal "Korea Research Institute of Chemical Technology". Se messi sottoterra, gli oggetti raggiungevano una biodegradazione del 100% entro sei mesi.
Tuttora le bioplastiche rappresentano una minima parte della produzione mondiale di materie plastiche, dovendo le poche aziende produttrici far fronte ad un'elevata concorrenza con l'industria petrolifera e tradizionale, anche se alcune azioni intraprese a livello europeo per la protezione dell'ambiente stanno cercando di portare il mercato verso una maggior sostenibilità.
Esempi di bioplastiche Alcuni esempi di bioplastiche sono: bioplastiche ottenute da miscele di amidi vari (amido di mais, grano, tapioca e/o patate) come il Mater-Bi (della Novamont), (della ), Biolice (della LCI), Bioplast (della Biotec, ottenuto da fecola di patate), Cereplast Compostables (della Cereplast), Biotecnomais, Vegemat (della Vegeplast) e Solanyl bioplastiche biodegradabili: Apinat (di API Applicazioni Plastiche Industriali) PLA (o acido polilattico), noto anche come "poli (acido lattico)", un poliestere termoplastico ottenuto polimerizzando acido lattico. Viene ricavato dagli zuccheri dell'amido di mais e tra i principali brevetti abbiamo il PLA Ingeo (della NatureWorks Llc) Poliidrossialcanoati (PHA) Poliidrossibutirrato (PHB) Poliidrossivaleriato (PHV) Poiidrossiesanoato (PHH) Polibutilene succinato (PBS) bioplastiche a base di cellulosa: Biograde bioplastiche derivanti dalla Canapa
Applicazioni proposte Esistono ancora poche applicazioni commerciali per le bioplastiche. Il costo e le prestazioni rimangono problematici. Tipico è l'esempio dell'Italia, dove i sacchetti di plastica biodegradabile sono obbligatori per gli acquirenti dal 2011 con l'introduzione di una legge specifica.
Le bioplastiche sono utilizzate per imballaggi alimentari come sacchetti per frutta e verdura, buste per la spesa, vaschette per la gastronomia, pellicole estensibili e capsule per il caffè; per articoli usa e getta come bottiglie, stoviglie, posate, pentole, ciotole e cannucce.
I biopolimeri sono disponibili anche come rivestimenti per la carta piuttosto che i più comuni rivestimenti petrolchimici.
Le bioplastiche chiamate bioplastiche drop-in sono chimicamente identiche alle loro controparti a combustibili fossili ma realizzate con risorse rinnovabili. Gli esempi includono bio-PE, bio-PET, bio-propilene, bio-PP e nylon a base biologica. Le bioplastiche drop-in sono facili da implementare tecnicamente poiché è possibile riutilizzare le infrastrutture esistenti per la plastica petroderivata. Un percorso bio-based dedicato consente di ricavare prodotti che non possono essere ottenuti attraverso reazioni chimiche tradizionali e che hanno proprietà uniche e superiori rispetto alle alternative a base fossile.
Oltre ai materiali strutturali, si stanno sviluppando bioplastiche elettroattive che promettono di trasportare corrente elettrica.
Esempi
Esempio di bioplastica biodegradabile
Una bioplastica può essere biodegradabile se deriva da materiali organici come ad esempio il frumento, il mais oppure la barbabietola da zucchero.
Una bioplastica può essere biodegradabile e costituita del tutto o in parte da materie prime vegetali rinnovabili annualmente (biomassa): in questo caso si definisce "bio-based" (a base biologica).
Attualmente l'unico standard a livello europeo che precisa cosa si intenda per "materia plastica biodegradabile" è il EN 13432 del 2002, dedicato agli imballaggi compostabili, adottato in Italia con il nome di UNI EN 13432:2002 e determina i criteri di compostabilità di una determinata bioplastica in un impianto di compostaggio industriale, quindi a temperature elevate (55-60 °C), ad un determinato livello di umidità, in presenza di ossigeno: condizioni decisamente più adatte alla biodegradazione che non le naturali condizioni di biodegradazione nel terreno, in acqua dolce o in ambiente naturale.