Le materie plastiche sono una vasta gamma di materiali sintetici o semisintetici che utilizzano i polimeri come base principale. La loro plasticità consente loro di essere modellati, estrusi o pressati in oggetti solidi di varie forme. Questa adattabilità, come leggerezza, durata, flessibilità e soprattutto economia di produzione, ha portato al loro uso diffuso e crescente.

La stragrande maggioranza delle plastiche moderne deriva da sostanze chimiche ottenute da risorse fossili come il gas naturale e/o il petrolio. Fortunatamente, alcuni recenti processi produttivi utilizzano materie prime rinnovabili, come il mais oi derivati ​​del cotone.

Poiché la struttura chimica della maggior parte delle materie plastiche le rende durevoli, sono resistenti a molti processi di degradazione naturale (biodegradazione). Infatti, la maggior parte delle plastiche non biodegradabili può persistere negli ambienti per diversi secoli causando, di conseguenza, danni ambientali molto gravi (Fig. 1).

La produzione mondiale di plastica cresce ogni anno e oggi supera i 400 Mton/a. Circa il 6% della plastica prodotta finisce nell'ambiente naturale e negli oceani dove attualmente galleggiano oltre 269 milioni di tonnellate di plastica!

Per fermare l'accumulo di plastica nell'ambiente, è fondamentale migliorare la gestione dei rifiuti, in modo da rimuovere la plastica dall'ambiente e passare a un'alternativa intrinsecamente sicura: la plastica biodegradabile!

Le plastiche biodegradabili hanno le stesse proprietà delle plastiche convenzionali, ma possono offrire il vantaggio aggiuntivo di non creare rifiuti e ridurre l'impronta di carbonio quando sono a base biologica.

Tuttavia, le plastiche tradizionali non biodegradabili a base fossile sono economiche (<2 €/kg) mentre le plastiche biodegradabili finora costano fino a 6 €/kg. Pertanto, il costo del passaggio a questo nuovo materiale potrebbe essere inaccettabile per i paesi in via di sviluppo. E questi paesi sono i punti caldi del rilascio incontrollato di rifiuti di plastica e qualsiasi cambiamento che non li coinvolga sarà semplicemente inefficace per l'obiettivo globale di combattere l'inquinamento ambientale e il cambiamento climatico.

È importante sottolineare che "plastiche biodegradabili" e "bioplastiche" non sono la stessa cosa! Secondo la definizione delle Bioplastiche europee, la bioplastica è un tipo di plastica che può essere biodegradabile, a base biologica o possedere entrambe le caratteristiche.

In particolare, una bioplastica può:

Secondo la definizione fornita da Assobioplastica, per bioplastiche si intendono quei materiali e quei manufatti, sia da fonti rinnovabili che di origine fossile, che hanno la caratteristica di essere biodegradabili e compostabili (Fig. 2).

Inoltre, Assobioplastica suggerisce di non includere nelle bioplastiche quelle derivanti (in tutto o in parte) da biomasse, che non sono biodegradabili e compostabili, ma indicandole con il nome di "plastiche vegetali".

Una recente ricerca scientifica condotta da un team dell'Università di Berkeley, guidato dal professor Ting Xu, ha portato allo sviluppo di bioplastiche che possono essere biodegradate in un lasso di tempo significativamente più breve.

L'obiettivo è consentire ai consumatori di degradare queste plastiche nella propria abitazione limitando il più possibile la fuoriuscita e la persistenza nell'ambiente.

I ricercatori sono partiti dalla considerazione che molte plastiche biodegradabili spesso impiegano mesi o anni per decomporsi con il rischio di formare microplastiche potenzialmente pericolose per l'uomo e gli animali. Sono stati in grado di accelerare il processo di biodegradazione attraverso enzimi immobilizzati su nanoparticelle situate in un rivestimento protettivo all'interno della struttura polimerica della plastica (Fig. 3).

L'esposizione all'umidità e alle temperature comprese tra 40 e 60°C libera gli enzimi, che scompongono i polimeri in monomeri di unità trimeriche in poche ore o giorni.

Il policaprolattone (PCL) e l'acido polilattico (PLA) sono plastiche biodegradabili utilizzate per la produzione industriale di contenitori per alimenti, dispositivi biomedicali e sacchetti per rifiuti. Tuttavia, questi polimeri si degradano facilmente solo alle alte temperature che si trovano negli impianti di compostaggio industriale.

Il nuovo materiale realizzato dai ricercatori di Berkeley incorpora nanoparticelle ed enzimi lipasi e/o proteinasi K avvolti in un polimero costituito da una miscela di esteri di metilene metacrilici. Questo rivestimento protegge gli enzimi dalle alte temperature necessarie per fondere ed estrudere la plastica per formare fogli e altri oggetti.

Solo quando la plastica è esposta all'umidità e al calore o ai raggi UV lo strato protettivo di polimero si rompe, rilasciando gli enzimi all'interno della plastica. I test condotti hanno consentito una biodegradazione della plastica del 98% in sole 36 ore (Fig. 4).

Le nanoparticelle su cui sono immobilizzati gli enzimi rappresentano meno del 2% in peso del materiale, quindi non interferiscono con le proprietà chimiche e meccaniche della plastica.

Nelle tipiche plastiche biodegradabili, i microrganismi mangiatori di polimeri presenti nei cumuli di compost degradano le parti amorfe ma non quelle cristalline. Di conseguenza, i materiali non vengono completamente scomposti, lasciando dietro di sé frammenti di microplastica cristallina.

Al contrario, il vantaggio principale di questo nuovo sistema ibrido è che, incorporando gli enzimi in modo finemente disperso nella plastica, sono in una posizione migliore per accedere alle parti cristalline e degradare completamente i polimeri in combinazione con l'azione esterna. di microrganismi.

In un futuro non troppo lontano, grazie alla produzione di nuove plastiche contenenti enzimi litici, le persone potranno decomporre la plastica nelle loro case, sia nelle vasche idromassaggio che nei cumuli di compost in giardino. Il metodo sarebbe anche compatibile con i servizi di compostaggio municipali su larga scala.

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