Il PEF dichiara guerra al PET
La bioplastica PEF potrebbe risolvere alcuni dei problemi causati dal PET. Il processo di produzione, lungo e dispendioso in termini di energia, ha finora impedito la produzione di massa. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato un metodo che potrebbe finalmente rendere il PEF commerciabile.
Il problema della plastica è sulla bocca di tutti. Ogni anno vengono prodotti circa 50 milioni di tonnellate di plastica in polietilene tereftalato (PET) e la tendenza è in aumento. Poiché il riciclaggio è solitamente costoso e tecnologicamente difficile da implementare, una grande quantità di rifiuti di plastica finisce negli oceani o viene incenerita, con conseguenti enormi emissioni di CO2-Le emissioni sono causate. Anche l'uso del petrolio grezzo nella produzione è problematico. Ma nessuno di noi può fare completamente a meno della plastica.
"I polimeri e le materie plastiche sono materiali molto utili che rendono possibile una vasta gamma di applicazioni quotidiane. Auto più leggere, smartphone, abbigliamento moderno e molte apparecchiature mediche, ad esempio, non esisterebbero se non avessimo inventato i polimeri", spiega Jan-Georg Rosenboom, dottorando appena laureato nel gruppo di ricerca del professor Massimo Morbidelli dell'ETH presso il Dipartimento di Scienze Chimiche e Biologiche Applicate. "La domanda è come possiamo ridurre l'impatto ecologico negativo della plastica preservandone i benefici per la nostra società".
Migliori proprietà del materiale
Una risposta a questo problema potrebbe essere rappresentata dai polimeri a base biologica, le cosiddette bioplastiche. Queste hanno proprietà molto simili alle plastiche convenzionali, ma sono realizzate con materie prime di origine vegetale anziché con petrolio grezzo. Alcune bioplastiche sono anche biodegradabili e consentono un migliore compostaggio.
Il gruppo di Massimo Morbidelli sta conducendo ricerche su una bioplastica chiamata polietilene furanoato (PEF). Il PEF è chimicamente molto simile al PET, ma è composto al 100% da materie prime rinnovabili, come gli scarti forestali e agricoli. La sua struttura molecolare leggermente diversa consente anche di migliorare le proprietà del prodotto: le bottiglie in PEF, ad esempio, richiedono meno materiale, sono più leggere e più stabili delle loro concorrenti in PET e fanno durare le bevande più a lungo. Sebbene il PEF non sia biodegradabile, oltre a essere riciclato può essere incenerito in modo ecologico, in quanto non si producono emissioni aggiuntive di CO2-emissioni sono generate.
Il fatto che il PEF non sia ancora riuscito ad affermarsi sul mercato è dovuto principalmente alla sua produzione che richiede tempo ed energia. I dottorandi del Politecnico di Zurigo Jan-Georg Rosenboom e Peter Fleckenstein, insieme al professore Giuseppe Storti, hanno ora sviluppato un processo che potrebbe consentire al PEF di raggiungere una svolta commerciale. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati ieri sulla rivista Nature Communications.
Produzione rapida ed efficiente dal punto di vista energetico
"Il nostro metodo riduce il tempo di produzione da diversi giorni a poche ore. Inoltre, a differenza dei processi precedenti, è possibile evitare la decolorazione del prodotto finale", afferma Jan-Georg Rosenboom e spiega: "Invece di far reagire le solite catene polimeriche a forma di corda con due estremità, ne ricaviamo prima degli anelli, che quindi non hanno più un'estremità. Questi anelli possono poi essere polimerizzati molto più rapidamente e in modo più controllato per formare il PEF. Questo perché non si formano sottoprodotti chimici che devono essere rimossi quando gli anelli vengono aperti e uniti per formare la corda polimerica finale. La reazione molto rapida in pochi minuti consente di ottenere prodotti PEF superiori al PET in termini di proprietà del materiale e di ridurre il fabbisogno energetico".
Inoltre, il metodo di apertura ad anello consente di regolare con precisione la qualità del prodotto, cosa che non era possibile con il precedente processo di produzione. Il nuovo metodo potrebbe quindi essere interessante anche per la produzione di altri tipi di plastica e bioplastica. Grazie alle buone proprietà del materiale, il PEF potrebbe anche sostituire i materiali multistrato difficili da riciclare.
Insieme all'azienda Sulzer, gli scienziati stanno attualmente studiando come il nuovo processo possa essere implementato nella produzione industriale di massa. Nonostante i numerosi vantaggi che offre, il PEF non può risolvere da solo tutti i problemi, afferma Rosenboom e sottolinea: "La formazione e una maggiore consapevolezza su come trattare la plastica continueranno a essere importanti per fermare il crescente impatto ambientale. Tuttavia, i progressi nelle tecnologie di produzione e di riciclaggio faciliteranno la transizione verso una società sostenibile".
Riferimento alla letteratura
Rosenboom JG, Hohl DK, Fleckenstein P, Storti G, Morbidelli M: Bottle-grade polyethylene furanoate from ring-opening polymerisation of cyclic oligomers. Nature Communications, 24 luglio 2018, doi: pagina esterna10.1038/s41467-018-05147-y