L'amido aggiunto al biopolimero PLA aumenta la compostabilità

Inserito dallo staff | 07 agosto 2023

I ricercatori della School of Packaging della Michigan State University hanno sviluppato un'alternativa promettente e sostenibile alla plastica a base di petrolio più biodegradabile.

Un team guidato da Rafael Auras ha realizzato una miscela di polimeri a base biologica compostabile sia in ambienti domestici che industriali. Il lavoro è pubblicato sulla rivista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

“Negli Stati Uniti e nel mondo esiste un grosso problema legato ai rifiuti, in particolare ai rifiuti di plastica”, afferma Auras, professore alla MSU e titolare della cattedra Amcor Endowed Chair in Packaging Sustainability.

“Sviluppando prodotti biodegradabili e compostabili, possiamo evitare parte di questi rifiuti”, ha affermato Auras. “Possiamo ridurre la quantità che finisce in discarica”.

Un altro vantaggio è che la plastica destinata al contenitore del compost non avrebbe bisogno di essere pulita dai contaminanti alimentari, il che rappresenta un grosso ostacolo per un riciclaggio efficiente della plastica. Gli impianti di riciclaggio devono regolarmente scegliere tra dedicare tempo, acqua ed energia per pulire i rifiuti di plastica sporchi o semplicemente buttarli via.

"Immagina di avere una tazza di caffè o un vassoio per microonde con salsa di pomodoro", dice Auras. "Non avresti bisogno di sciacquarli o lavarli, potresti semplicemente compostarli."

Il team ha lavorato con l’acido polilattico, o PLA, che sembra una scelta ovvia in molti modi. Utilizzato negli imballaggi da più di un decennio, è derivato da zuccheri vegetali anziché dal petrolio.

Se gestiti correttamente, i sottoprodotti di scarto del PLA sono tutti naturali: acqua, anidride carbonica e acido lattico.

Inoltre, i ricercatori sanno che il PLA può biodegradarsi nei composter industriali. Questi composter creano condizioni, come temperature più elevate, che favoriscono maggiormente la decomposizione della bioplastica rispetto ai composter domestici.

Tuttavia, ad alcuni l’idea di rendere il PLA compostabile in casa sembrava impossibile.

"Ricordo che le persone ridevano all'idea di sviluppare il compostaggio domestico in PLA come opzione", afferma Pooja Mayekar, dottoranda nel gruppo di laboratorio di Auras e prima autrice del nuovo rapporto. “Questo perché i microbi non possono attaccare e consumare il PLA normalmente. Deve essere scomposto fino al punto in cui possano utilizzarlo come cibo. Nella foto a sinistra, Mayekar lavora con un bioreattore in laboratorio.

Sebbene gli impianti di compost industriale possano portare il PLA a quel punto, ciò non significa che lo facciano rapidamente o interamente.

“In effetti, molti compostatori industriali sono ancora restii ad accettare bioplastiche come il PLA”, afferma Auras.

Negli esperimenti sostenuti dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e dalla MSU AgBioResearch, il team ha dimostrato che ci vogliono 20 giorni prima che i microbi inizino a digerire il PLA in condizioni di compostaggio industriale.

Per eliminare questo ritardo e consentire la possibilità del compostaggio domestico, Auras e il suo team hanno integrato nel PLA un materiale derivato dai carboidrati chiamato amido termoplastico. Tra gli altri vantaggi, l’amido fornisce ai microbi del compostaggio qualcosa che possono digerire più facilmente mentre il PLA si degrada.

"Quando parliamo di aggiunta di amido, ciò non significa che continuiamo a scaricare l'amido nella matrice PLA", afferma Mayekar. "Si trattava di cercare di trovare un punto debole con l'amido, in modo che il PLA si degradasse meglio senza compromettere le sue altre proprietà."

Fortunatamente, il ricercatore post-dottorato Anibal Bher aveva già formulato diverse miscele di amido termoplastico e PLA per osservare come preservassero la forza, la trasparenza e altre caratteristiche desiderabili delle normali pellicole in PLA.

Lavorando con il dottorando Wanwarang Limsukon, Bher e Mayekar hanno potuto osservare come i diversi film si rompessero durante il processo di compostaggio se effettuato in condizioni diverse.

"Diversi materiali hanno modi diversi di subire l'idrolisi all'inizio del processo e la biodegradazione alla fine", afferma Limsukon. "Stiamo lavorando per tracciare l'intero percorso."

Il team ha eseguito questi esperimenti utilizzando sistemi che Auras e i membri del laboratorio, passati e presenti, hanno in gran parte costruito da zero durante i suoi 19 anni con la MSU. Anche le attrezzature a cui i ricercatori hanno accesso all’esterno del proprio laboratorio della School of Packaging fanno la differenza.