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Applicazioni avanzate con la bioplastica del futuro

Tecnoalimenti S.C.p.A.
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Intervista alla dott.ssa Marianna Faraldi di Tecnoalimenti a capo del team di ricerca sul progetto europeo Biobarr focalizzato sulla applicazione di bioplastiche per il packaging. L'intervista 竪 apparsa sulla rivista Macchine Alimentari a dicembre 2018.

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Macchine Alimentari dicembre 201830 RICERCA | Biobarr Applicazioni avanzate con la bioplastica del futuro I PHA (poliidrossialcanoati) sono una famiglia di bioplastiche ancora poco diffusa ma con tutte le caratteristiche per diventare in futuro il punto di riferimento tra i materiali biobased. In previsione di una significativa crescita della capacit produttiva per questo materiale, un team europeo di ricercatori ne sta testando alcune applicazioni avanzate in ambito agroalimentare P Simone Montonati A pparentemente rappresenta il massimo grado della chimica sostenibile: una plastica completa- mente biodegradabile sia in acqua che nel suolo, realizzabile a partire dai rifiuti, utilizzando processi a basso impatto ed esclusivamente con batteri non patogeni e senza nessun agente chimico. Inoltre produ- ce scarti di lavorazione riutilizzabili nello stesso processo di sintesi e pu嘆 essere lavorata con impianti tradizionali. Si tratta dei poliidrossialcanoati (PHA), una famiglia di bioplastiche sin- tetizzate da batteri di vario genere che, a seconda della com- posizione, possono assumere propriet e funzioni molto dif- ferenti. Nonostante le promettenti caratteristiche, per嘆, i PHA sono ancora poco utilizzati dallindustria. Il motivo, spiegano gli esperti, non risiederebbe tanto nelle carenze dei manufatti finali quanto nella ridotta capacit produttiva dellin- dustria. La motivazione, a nostro avviso, spiega Marianna Faraldi, project manager presso Tec- noalimenti S.C.p.A, 竪 in parte legata alle perfor- mance di tali materiali ma 竪 soprattutto dovuta al fatto che la capacit produttiva attuale non sarebbe in grado di coprire le reali richieste del mercato. Ma 竪 solo questione di tempo: le aziende produttrici stanno sostenendo in- vestimenti importanti per incrementare tale disponibilit, in quanto il mercato 竪 partico- larmente recettivo e promettente e mostra una crescita stabile nel tempo. Secondo le stime, la capacit di produzione per il solo PHA 竪 de- stinata a triplicarsi nei prossimi cinque anni ed 竪 inesorabile la sua entrata sul mercato su scala commer- ciale anche in ambito food. In attesa che queste previsioni si avverino, il team di Faraldi, nel 2017, ha riunito un partenaria- to ad hoc per testare alcune possibili applicazioni dei PHA in campo agroalimentare. Il progetto si chiama Biobarr e i ricer- catori confidano che possa portare risultati importanti, come ci spiega la project manager in questa intervista. Dott.ssa Faraldi, perch辿 il progetto si 竪 orientato verso il PHA? Lincontro nel 2016 con lazienda Bio-On durante un evento B2B sullinnovazione ha sicuramente contribuito a questa scelta ma, in ogni caso, la famiglia dei PHA ci 竪 parsa subito molto inno- vativa e tuttoggi ancora poco conosciuta a livello industriale. Quali sono i punti di forza dei PHA in particolare per il settore Food? Di fatto, i poliidrossialcanoati hanno molti van- taggi che li rendono idonei ad una applicazio- ne alimentare sostenibile. Innanzitutto rappre- sentano gli unici materiali interamente deriva- ti da risorse rinnovabili e prodotti secondari dellagroindustria o rifiuti che non concorrono alla produzione alimentare destinata al consu- mo umano (diversamente, ad esempio, dallami- do di mais) ma anzi contribuiscono alla circular Marianna Faraldi
dicembre 2018 Macchine Alimentari 31 economy.Inoltrela loro sintesi macromole- colare avviene completamente ad opera di batteri non patogeni, senza necessit di approccio chimico o ulteriori modifiche per rendere le plastiche PHA idonee alle applicazioni industriali. Viene applicato un processo industriale sostenibile dal punto di vista economico ed ambientale, senza modifiche genetiche del ceppo e senza lutilizzo di solventi organici. I flussi di rifiuti derivanti dalla fase di produzione possono essere reintrodotti nel processo di produ- zione stesso. Per cosa vengono impiegate ora queste bioplastiche? Il PHA 竪 applicato principalmente nei set- tori biomedico, automobilistico, cosmetico, farmaceutico e del design. Solo alcune limitate applicazioni sono state identificate in ambito Food. Esistono brevetti internazionali e marchi com- merciali sui sistemi di imballaggio alimentare PHA, ma il reale impiego 竪 ancora limitato. Quanto manca alla sua applicazione nel settore agroalimentare? Attraverso lottimizzazione dei processi di produzione e della fase di scale-up, il traguardo 竪 molto vicino. La stessa Bio-On ha in- augurato il 20 giugno 2018 il primo impianto produttivo a Castel San Pietro Terme (BO). Ovviamente non possiamo aspettarci che le bioplastiche sostituiscano completamente i polimeri di origine fossile, e il processo sar comunque lento e dettato da fattori di natura economica ed industriale, ma un grosso passo avanti verso scelte maggiormente bio da parte dei produttori di imballaggi alimentari si pu嘆 gi intravedere e sar inevitabile. Sono necessari impianti speciali per la realizzazione di queste bioplastiche? previsto lutilizzo degli stessi impianti tradizionalmente impiegati per altri materiali plastici, senza nuovi investimenti: i polimeri PHA possono essere lavorati negli impianti industriali standard utiliz- zati nella lavorazione delle materie petrolchimiche (stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio) senza richiedere modifiche strutturali o alterazioni; Inoltre sono biobased, biodegradabili e compostabili. Ci嘆 significa che i materiali generati possono essere raccolti ed elaborati come parte della frazione organi- ca umida dei rifiuti urbani e possono essere, quindi, riciclati in compostaggio secondo la norma UNI EN 13432. Perch辿 non avete scelto di lavorare sullacido polilattico, una delle principali bioplastiche presenti sul mercato? Comparando i poliidrossialcanoati al PLA (acido polilattico), emergono diversi vantaggi. Innanzitutto i PLA sono natural- mente biodegradabili al 100% sia in acqua che nel suolo, ri- spetto ad un PLA che 竪 biodegradabile ma solo nella stazione 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2017 2018 2019 2020 2021 2022 in1,000tonnellate Biodegradabili Bio-based/non biodegradabili Previsioni Capacit totale 2,054 2,093 2,138 2,189 2,248 2,440 1,174 1,182 1,192 1,202 1,215 1,354 880 911 946 987 1,033 1,086 Source: European Bioplastics, nova-Institute (2017)
Macchine Alimentari dicembre 201832 RICERCA | di compostaggio industriale e non biodegrada nellambiente. Inoltre, vengono sintetizzati naturalmente da organismi viven- ti (ad esempio batteri) direttamente nella forma in cui posso- no essere usati, mentre il PLA richiede conversione chimica per diventare plastica. Nelle nostre attivit di R&D, volevamo orientarci ad una soluzione realmente green e, alla luce di queste riflessioni, il PHA ci 竪 parsa la soluzione che meglio rispondesse alle esigenze dellindustria alimentare, legate a loro volta a vincoli normativi, nuove tendenze e alle richieste dei consumatori sempre pi湛 eco-consapevoli (attenti allam- biente e alla sostenibilit). Di cosa si occupa nello specifico il vostro progetto? Il progetto BioBarr 竪 estremamente ambizioso: si intende te- stare da un lato la possibilit di creare un multi-layer che ac- coppi al film di PHA un altro materiale biobased, e dallaltro di funzionalizzare il film di PHA attraverso coating treatments a base inorganica (deposizioni di un rivestimento sottile di pochi micrometri ottenuto attraverso un processo innovativo N.d.R.). Questo per incrementare le propriet meccaniche, la resistenza, la protezione contro lossidazione e le carat- teristiche di barriera (a ossigeno e vapore dacqua) del ma- teriale stesso. Il rivestimento, impercettibile, 竪 volto a offrire uneccellente resistenza sia chimica che organica agli agenti atmosferici. Il trattamento rende le superfici trattate anche idro- repellenti, mantenendo nel tempo le caratteristiche chimiche e fisiche anche se sottoposti ad atmosfere umide e aggressive. In entrambi i casi, tali trattamenti su una matrice PHA non sono ancora stati testati ad oggi. Quali risultati volete vi siete prefissi? Sono molte le sfide che il progetto si prefigge di affrontare e i risultati a cui intende pervenire. In particolare vogliamo man- tenere resistenza e affidabilit dei biomateriali ottenuti lungo il ciclo di produzione e durante i tempi di stoccaggio e distribu- zione (buona macchinabilit, saldabilit, resistenza, stampabi- lit); conferire la capacit di ritardare il decadimento cinetico dei prodotti alimentari lungo il ciclo di produzione e durante i tempi di conservazione e distribuzione, preservando la qualit organolettica, il gusto, la praticit e la sicurezza dei prodotti ali- mentari; raggiungere la totale biodegradabilit e compostabilit secondo la normativa EN13432 dellimballaggio dopo il suo uti- lizzo (supportato anche da metodi come LCA) e, infine, voglia- mo ottenere la compatibilit con gli impianti gi presenti presso i converter e/o i processi produttivi dellindustria alimentare e la conformit/idoneit al contatto con gli alimenti. A che livello di maturit tecnologica (TRL) si pone BioBarr? Il TRL atteso rimane comunque intermedio: TRL5. Questo per- ch辿 siamo comunque ancora in una fase di Ricerca & Sviluppo. Ma qualora i risultati fossero promettenti - come auspichiamo - il passo successivo verso lindustrializzazione sar accelera- to. Di fatto a crederci e ad investire c竪 gi un core di piccole e grandi aziende innovative, quali appunto Bio-On, Icimendue, Kao Chimigraf. Pensate di poter coprire anche il gap verso la commercializzazione? Il punto di forza del progetto 竪 linteresse industriale che muove lintera value chain (due piccole imprese italiane ed una grande impresa spagnola stanno investendo tempo e risorse in questa iniziativa), nonch辿 la presenza dellend user lungo tutto il progetto. Lend user 竪 infatti rappresentato da un lato da Tecnoalimenti, che in qualit di consorzio di 30 imprese agroalimentari gioca il ruolo di portatore di interesse, ma anche dal proprio socio industriale Corsini Bakery Dolci e Biscotti S.r.l. che nel progetto si occuper come terza parte di testare e valutare lapplicabilit del nuovo sistema di packaging in un contesto produttivo reale. Ulteriore aspetto positivo 竪 che il nuovo imballaggio non richieder mo- difiche nel processo, bens狸 verr testato utilizzando gli impianti gi presenti nello stabilimento, questo anche per rendere eco- nomicamente sostenibile lintero processo.

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  • 2. dicembre 2018 Macchine Alimentari 31 economy.Inoltrela loro sintesi macromole- colare avviene completamente ad opera di batteri non patogeni, senza necessit di approccio chimico o ulteriori modifiche per rendere le plastiche PHA idonee alle applicazioni industriali. Viene applicato un processo industriale sostenibile dal punto di vista economico ed ambientale, senza modifiche genetiche del ceppo e senza lutilizzo di solventi organici. I flussi di rifiuti derivanti dalla fase di produzione possono essere reintrodotti nel processo di produ- zione stesso. Per cosa vengono impiegate ora queste bioplastiche? Il PHA 竪 applicato principalmente nei set- tori biomedico, automobilistico, cosmetico, farmaceutico e del design. Solo alcune limitate applicazioni sono state identificate in ambito Food. Esistono brevetti internazionali e marchi com- merciali sui sistemi di imballaggio alimentare PHA, ma il reale impiego 竪 ancora limitato. Quanto manca alla sua applicazione nel settore agroalimentare? Attraverso lottimizzazione dei processi di produzione e della fase di scale-up, il traguardo 竪 molto vicino. La stessa Bio-On ha in- augurato il 20 giugno 2018 il primo impianto produttivo a Castel San Pietro Terme (BO). Ovviamente non possiamo aspettarci che le bioplastiche sostituiscano completamente i polimeri di origine fossile, e il processo sar comunque lento e dettato da fattori di natura economica ed industriale, ma un grosso passo avanti verso scelte maggiormente bio da parte dei produttori di imballaggi alimentari si pu嘆 gi intravedere e sar inevitabile. Sono necessari impianti speciali per la realizzazione di queste bioplastiche? previsto lutilizzo degli stessi impianti tradizionalmente impiegati per altri materiali plastici, senza nuovi investimenti: i polimeri PHA possono essere lavorati negli impianti industriali standard utiliz- zati nella lavorazione delle materie petrolchimiche (stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio) senza richiedere modifiche strutturali o alterazioni; Inoltre sono biobased, biodegradabili e compostabili. Ci嘆 significa che i materiali generati possono essere raccolti ed elaborati come parte della frazione organi- ca umida dei rifiuti urbani e possono essere, quindi, riciclati in compostaggio secondo la norma UNI EN 13432. Perch辿 non avete scelto di lavorare sullacido polilattico, una delle principali bioplastiche presenti sul mercato? Comparando i poliidrossialcanoati al PLA (acido polilattico), emergono diversi vantaggi. Innanzitutto i PLA sono natural- mente biodegradabili al 100% sia in acqua che nel suolo, ri- spetto ad un PLA che 竪 biodegradabile ma solo nella stazione 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 2017 2018 2019 2020 2021 2022 in1,000tonnellate Biodegradabili Bio-based/non biodegradabili Previsioni Capacit totale 2,054 2,093 2,138 2,189 2,248 2,440 1,174 1,182 1,192 1,202 1,215 1,354 880 911 946 987 1,033 1,086 Source: European Bioplastics, nova-Institute (2017)
  • 3. Macchine Alimentari dicembre 201832 RICERCA | di compostaggio industriale e non biodegrada nellambiente. Inoltre, vengono sintetizzati naturalmente da organismi viven- ti (ad esempio batteri) direttamente nella forma in cui posso- no essere usati, mentre il PLA richiede conversione chimica per diventare plastica. Nelle nostre attivit di R&D, volevamo orientarci ad una soluzione realmente green e, alla luce di queste riflessioni, il PHA ci 竪 parsa la soluzione che meglio rispondesse alle esigenze dellindustria alimentare, legate a loro volta a vincoli normativi, nuove tendenze e alle richieste dei consumatori sempre pi湛 eco-consapevoli (attenti allam- biente e alla sostenibilit). Di cosa si occupa nello specifico il vostro progetto? Il progetto BioBarr 竪 estremamente ambizioso: si intende te- stare da un lato la possibilit di creare un multi-layer che ac- coppi al film di PHA un altro materiale biobased, e dallaltro di funzionalizzare il film di PHA attraverso coating treatments a base inorganica (deposizioni di un rivestimento sottile di pochi micrometri ottenuto attraverso un processo innovativo N.d.R.). Questo per incrementare le propriet meccaniche, la resistenza, la protezione contro lossidazione e le carat- teristiche di barriera (a ossigeno e vapore dacqua) del ma- teriale stesso. Il rivestimento, impercettibile, 竪 volto a offrire uneccellente resistenza sia chimica che organica agli agenti atmosferici. Il trattamento rende le superfici trattate anche idro- repellenti, mantenendo nel tempo le caratteristiche chimiche e fisiche anche se sottoposti ad atmosfere umide e aggressive. In entrambi i casi, tali trattamenti su una matrice PHA non sono ancora stati testati ad oggi. Quali risultati volete vi siete prefissi? Sono molte le sfide che il progetto si prefigge di affrontare e i risultati a cui intende pervenire. In particolare vogliamo man- tenere resistenza e affidabilit dei biomateriali ottenuti lungo il ciclo di produzione e durante i tempi di stoccaggio e distribu- zione (buona macchinabilit, saldabilit, resistenza, stampabi- lit); conferire la capacit di ritardare il decadimento cinetico dei prodotti alimentari lungo il ciclo di produzione e durante i tempi di conservazione e distribuzione, preservando la qualit organolettica, il gusto, la praticit e la sicurezza dei prodotti ali- mentari; raggiungere la totale biodegradabilit e compostabilit secondo la normativa EN13432 dellimballaggio dopo il suo uti- lizzo (supportato anche da metodi come LCA) e, infine, voglia- mo ottenere la compatibilit con gli impianti gi presenti presso i converter e/o i processi produttivi dellindustria alimentare e la conformit/idoneit al contatto con gli alimenti. A che livello di maturit tecnologica (TRL) si pone BioBarr? Il TRL atteso rimane comunque intermedio: TRL5. Questo per- ch辿 siamo comunque ancora in una fase di Ricerca & Sviluppo. Ma qualora i risultati fossero promettenti - come auspichiamo - il passo successivo verso lindustrializzazione sar accelera- to. Di fatto a crederci e ad investire c竪 gi un core di piccole e grandi aziende innovative, quali appunto Bio-On, Icimendue, Kao Chimigraf. Pensate di poter coprire anche il gap verso la commercializzazione? Il punto di forza del progetto 竪 linteresse industriale che muove lintera value chain (due piccole imprese italiane ed una grande impresa spagnola stanno investendo tempo e risorse in questa iniziativa), nonch辿 la presenza dellend user lungo tutto il progetto. Lend user 竪 infatti rappresentato da un lato da Tecnoalimenti, che in qualit di consorzio di 30 imprese agroalimentari gioca il ruolo di portatore di interesse, ma anche dal proprio socio industriale Corsini Bakery Dolci e Biscotti S.r.l. che nel progetto si occuper come terza parte di testare e valutare lapplicabilit del nuovo sistema di packaging in un contesto produttivo reale. Ulteriore aspetto positivo 竪 che il nuovo imballaggio non richieder mo- difiche nel processo, bens狸 verr testato utilizzando gli impianti gi presenti nello stabilimento, questo anche per rendere eco- nomicamente sostenibile lintero processo.