Dagli scarti alimentari la rivoluzione dei nuovi polimeri bio-based

Trasformare gli scarti agroalimentari della regione mediterranea in materiali avanzati, capaci di guidare l’industria manifatturiera verso la transizione ecologica. È questo l’ambizioso obiettivo di Polymers-5B, il progetto europeo quadriennale da 5,6 milioni di euro finanziato dalla Circular Bio-based Europe Joint Undertaking. Coordinato dall’Instituto Superior Técnico di Lisbona, il progetto unisce le competenze di 12 partner internazionali per sviluppare una nuova generazione di polimeri sostenibili. A differenza delle bioplastiche di prima generazione, che utilizzano colture dedicate entrando in competizione con la filiera alimentare, Polymers-5B impiega esclusivamente biomasse di seconda generazione.

Il cuore della ricerca risiede nei processi di biocatalisi e chimica verde applicati a sottoprodotti industriali come gli scarti del pomodoro, i residui della filiera dell’olio d’oliva e le biomasse lignocellulosiche. Per approfondire questo potenziale, Canale Energia ha intervistato il senior project manager di Nsb, partner del progetto in qualità di innovation broker, Riccardo Varotto.

Dal punto di vista strettamente eco-tech e della chimica dei polimeri, come siete riusciti a bilanciare l’uso di processi enzimatici a basso impatto con la necessità di ottenere catene molecolari così robuste, superando i tipici limiti di degradazione termica che affliggono altre bioplastiche come i Pef e Pha?

Nel progetto Polymers-5B siamo riusciti ad affrontare il classico trade-off tra sostenibilità e prestazioni intervenendo su due fronti: la chimica delle molecole di partenza e l’architettura del processo enzimatico.

Utilizziamo feedstock provenienti da scarti di pomodoro e olive, ricchi di gruppi funzionali idrossilici e carbossilici, che consentono di progettare poliesteri bio-based con struttura controllata e buone proprietà meccaniche.

Il cuore dell’innovazione è la policondensazione enzimatica con lipasi immobilizzate integrata in sequenze one-pot. Questo approccio permette di operare in condizioni più miti rispetto alla chimica tradizionale, limitando i fenomeni di degradazione termica e favorendo la crescita della catena polimerica.

Il risultato è una piattaforma di poliesteri bio-based con elevata stabilità termica e buona resistenza meccanica, capace di raggiungere proprietà tipiche dei materiali ingegneristici, come Tg ≥ 80 °C e modulo elastico di circa 2 GPa.

Lavorare con biomasse di seconda generazione, come scarti di pomodoro e olive, significa gestire una materia prima intrinsecamente eterogenea. Quali sono state le principali sfide tecnologiche nel processo di pre-trattamento e purificazione per garantire che l’input biologico grezzo si trasformi in uno standard e riproducibile su scala, senza che l’impronta carbonica di questa fase di pulizia infici il taglio del 50% della CO2?

La variabilità intrinseca degli scarti agroalimentari è stata una delle principali sfide del progetto e l’abbiamo affrontata attraverso un modello di bioraffineria a cascata.

Abbiamo sviluppato un processo di estrazione sequenziale che consente di recuperare progressivamente le diverse frazioni della biomassa, massimizzandone l’utilizzo. I pretrattamenti enzimatici, combinati con tecniche assistite da ultrasuoni, permettono di migliorare le rese riducendo al contempo l’impiego di solventi.

Per garantire la riproducibilità, gli intermedi vengono standardizzati mediante parametri chimico-fisici controllati, rendendo il processo stabile anche a partire da input eterogenei provenienti dalle lavorazioni industriali. Questo approccio è stato validato su scala pilota con batch fino a 15 kg.

L’intero sistema è stato progettato secondo il framework Safe and Sustainable by Design (SSbD): l’utilizzo di biocatalizzatori, solventi green e il riuso degli enzimi consente di implementare processi più ecologici, mantenere elevate performance ambientali e di ridurre di circa il 50% le emissioni di CO2 rispetto ai polimeri fossili.

Potrebbe spiegarci quali criteri macroeconomici e tecnici vi hanno guidato nell’identificare, tra le altre, le applicazioni verso l’automotive e il tessile tecnico? In che modo la struttura chimica derivata dai residui risponde alle severe normative di sicurezza e durabilità, ad esempio, di un componente interno d’auto rispetto a un packaging monouso?

La selezione dei settori applicativi è stata guidata da analisi di mercato, benchmarking tecnologico e requisiti prestazionali. Le nostre analisi hanno evidenziato un gap di mercato per polimeri bio-based derivati da scarti agroalimentari in grado di combinare elevate prestazioni meccaniche e stabilità termica.

Questo ci ha portato a concentrarci su settori come l’automotive e il tessile tecnico, dove resistenza meccanica, stabilità termica e affidabilità sono requisiti fondamentali.

La piattaforma poliesterica sviluppata in Polymers-5B offre un equilibrio ottimale tra rigidità, stabilità termica e processabilità, rendendo i materiali idonei per componenti interni automobilistici e fibre ad alta tenacità.

Rispetto ad applicazioni a più basso valore aggiunto, questi settori consentono di valorizzare maggiormente le caratteristiche del materiale, massimizzando sia il beneficio ambientale sia il valore economico della tecnologia e sostenendo così il business model per un’adozione su larga scala.

Considerando i 120 milioni di tonnellate di scarti agroalimentari europei potenzialmente disponibili, per mantenere la sostenibilità del progetto immaginate un modello di hub centralizzato che integri il sito di lavorazione degli scarti e la bioraffineria?

Più che un sistema completamente centralizzato, immaginiamo un modello ibrido e modulare. Il modello prevede hub regionali di raccolta e pretrattamento collocati in prossimità delle principali filiere agroalimentari, integrati con bioraffinerie dedicate alla conversione degli intermedi e alla produzione dei polimeri.

Questo approccio riduce l’impatto logistico, facilita la gestione della variabilità delle biomasse e migliora la sostenibilità complessiva della filiera.

Considerata la disponibilità di circa 120 milioni di tonnellate annue di scarti agroalimentari in Europa, il modello può evolvere verso una rete distribuita di bioraffinerie circolari, supportata da tecnologie già validate a livello pilota, per valorizzare in modo efficiente grandi volumi di residui agricoli e della lavorazione alimentare.

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