Biochemicals e Biomaterials: stato dell’arte tecnologico e sfide Roberto Pippa, Stefano Zuin, Andrea Massari Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Prodotti biobased da fonti rinnovabili Fonti rinnovabili (Alghe, Biomassa, Legno e Scarti Lignocellulosici, Zuccheri) Tecnologie • Digestione anaerobica • Fermentazione • ……… Prodotti Biobased Biopower Carburanti Biogas Biomaterials • Calore • Elettricità • Bio-diesel • Bio-metanolo • Gas sintetico • ….. • Bio-polimeri • Bio-chemicals Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Biochemicals da fonti rinnovabili • • • • Bioetanolo Biometanolo Polioli Altri building blocks e intermedi che sono alla base della chimica petroleum-based come ad es. sorbitolo, ammine, acido succinico, adipico e acrilico. Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Esempio: Bioetanolo prodotto dalla Braskem Polietilene Green Fonte immagine: http://www.braskem.com.br/site.aspx/green-products-EURO Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Esempio: Polioli da fonti rinnovabili Materie prime • Cellulosa e scarti di materiali ligno-cellulosici • Amido • Grassi e oli vegetali (olio di ricino, olio di semi di girasole, olio di semi di soia, olio di colza, ecc.) Due differenti vie chimiche per ottenere i polioli 1) Reazioni con il doppio legame degli oli/grassi insaturi per formare idrossidi 2) Reazioni con il gruppo estereo Polioli Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Polioli da oli vegetali commercialmente disponibili Due differenti vie chimiche per ottenere i polioli 1) Reazioni con il doppio legame degli oli/grassi insaturi per formare idrossidi 2) Reazioni con il gruppo estereo http://www.plastice.org/fileadmin/files/PROBIP2009_Final_June_2009.pdf Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Esempio: plastificanti da fonti rinnovabili Sono tipicamente: • Esteri di acidi grassi diacetilati ottenuti da risorse rinnovabili Olio di soia epossidato Olio di gusci di anacardo (Cardanolo) Olio di lino epossidato Esempi di biobased plastificanti usati per il PVC, come il • Proviron® della Specialchem • Ecolibrium® della Dow • Grindsted® della Du Pont Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico La catena tecnologica della plastica Fornitori di materie prime (petrolchimica, sintesi intermedi, additivi) Produttori di polimeri Produttori di compound (formulazioni, miscele di polimeri, additivi, cariche…) Costruttori di macchinari per le plastiche Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Trasformatori in manufatti (prodotti finiti e/o componenti) Riciclo (fisico, chimico, Consorzio Venezia Ricerche energia) (scarti, sfridi, fine vita) Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Le bioplastiche Un materiale viene detto bioplastica (biobased) se: • Deriva, anche parzialmente, da risorse rinnovabili; • Può essere o non essere biodegradabile. Fonte: European Bioplastics, Accountability is key, Environmental Communications Guide for Bioplastics, 2012. Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Fonte: L. Shen, J. Haufe, M.K. Patel, Product Overview and Market Projection of Emerging BioBased Pastics, Group science, technology and society (STS) Copernicus Institute for Sustinable Development and Innovation, Utrecht University, Final Report, Giugno 2009. Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Biopolimeri o Plastiche Verdi • Materie prime (base ed intermedi) da risorse totalmente rinnovabili e biodegradabili • Materie prime (base ed intermedi) da risorse totalmente rinnovabili e compostabili e/o disintegrabili • Materie prime (base ed intermedi) da risorse totalmente rinnovabili e non biodegradabili • Coumpounds “ibridi” fra polimeri convenzionali e cariche di risorse naturali (farina di legno, WPC…) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sostenibilità e ciclo di vita Fonte: Highlights in Bioplastics, IBAW Publication, Gennaio 2005. Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Colture a fini alimentari e colture a fini industriali Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Innovazione Più è a monte nella catena e più potrà coinvolgere ANCHE le tecnologie a valle Fonte imagine: A. K. Mohanty, M. Misra, L. T. Drzal, Sustainable Bio-Composites from Renewable Resources: Opportunities and Challenges in the Green Materials World Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Questo determinerà: • Nuovo rapporto costi/benefici (compresi quelli ambientali, ecosostenibilità, LCA) • Sostituzione di nuovi materiali per gli stessi manufatti • Nuovi manufatti, nuove applicazioni • Nuove opportunità di competizione Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Aspetti regolamentativi e legislativi • Normative standard sulla degradazione • Educazione & accettazione del consumatore • Ottimizzazione processi di compostaggio Normative fondamentali • EU standard EN 13432 / EN 14995 – Biodegradabilità e compostabilità • CEN/TS/16137 - Misura della quantità di carbonio bio tramite metodo 14C Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Normative fondamentali • CEN/TS/16137: Plastics – Determination of biobased carbon content • DIN CERTCO • Vinçotte Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Produzione mondiale di materie plastiche Dal 1950 al 2012. Incluse Termoplastiche, Poliuretani, Termoindurenti, Elastomeri, Adesivi, Rivestimenti e Sigillanti, Fibre in PP. Escluse PET, PA e Fibre Poliacriliche. Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Produzione mondiale nel 2012 Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG) Domanda di materie plastiche in Europa 2012 (kton/anno) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG) Domanda di materie plastiche in Europa* Per tipo di resina 2012 *UE-27+Norvegia e Svizzera incluse le altre materie plastiche (~5,7Mton) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG) Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Domanda di materie plastiche in Europa per settore di applicazione e polimero nel 2012 Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG) Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG) Capacità produttiva globale delle bioplastiche Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Capacità produttiva delle bioplastiche 2012/2017 (per regione) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Principali Biopolimeri - Bioplastiche • Polimeri da Amido (più diffusi, costo basso) • PLA (acido polilattico) • PHA (poli-idrossialcanoati) • Additivi e cariche da fonti rinnovabili: – Esempio WPC: Compositi farina legno e polimeri termoplastici (PP, PE, etc…) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico PLA – Schema di produzione Mais (macinazione) Amido Enzimi – Batteri Zucchero Acido Lattico Acido Lattico purificato Fonte:Techno-economic Feasibility of Large-scale Production of Bio-based Polymers in Europe, technical report Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Polimerizzazione PLA Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico PHA - Poliidrossialcanoati Queste macchie bianche presenti nei microorganismi sono PHA Fonte immagine: http://www.esf.edu/chemistry/nomura/lab/research/ Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Biopolimeri derivati dall’amido (starch based) Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Alcune proprietà dei biopolimeri Proprietà termiche e meccaniche di alcuni polimeri biodegradabili Resistenza alla trazione di compositi poliolefine + 20% di fibre naturali Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Fonte dati: G. Bogoeva-Gaceva, M. Avella, M. Malinconico, A. Buzarovska, A. Grozdanov, G. Gentile, M.E. Errico, 2007. Natural Fiber Eco-Composites, Polymer Composites, 98-107 Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sfide per il futuro 1. I recenti biopolimeri soddisfano alcuni standard come la trasparenza, la lucentezza, la flessibilità, la resistenza alla luce e al calore, ma la loro totale biodegradabilità può verificarsi solo quando sono smaltiti correttamente in un sito di compostaggio o in una discarica (filiera fine vita!). 2. Il loro impiego è oggi limitato dalla non competitività economica rispetto ai polimeri tradizionali, dovuta ai bassi volumi di produzione. 3. Anche se il divario con i polimeri tradizionali è diminuito negli ultimi anni, i prezzi dei biopolimeri sono ancora elevati (secondo European Bioplastics Association i prezzi variano tra 1,3 e 4 €/kg). Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sfide per il futuro 4. Migliorare alcune proprietà dei biopolimeri (es. stabilità bioshoppers) 5. Processi di produzione su impianti non ancora perfettamente ottimizzati per quanto concerne efficienza e volumi di produzione 6. Integrare diverse fonti / input come reflui civili, biomasse algali… Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sfide tecnologiche http://www.transbio.eu/ Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sfide tecnologiche 16/05/2014 http://www.foxnews.com/science/2014/05/16/harvardresearchers-develop-bioplastic-made-from-shrimp-shells/ http://www.chibiofp7.fraunhofer.de/index.html Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Sfide tecnologiche Full article available on: http://bioplasticsnews.com/2014/01/08/lignin-the-future-gold/ Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Bioplastic Events Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Bibliografia • • • • • • • • • • • • http://www.calenergyinvestment.com/project_fueloil.php http://www.agro-chemie.nl/ http://www.hollyfrontier.com/navajo/ http://www.fmplastics.nl/compounding http://www.kenplas.com/imm/kppet.aspx http://kjplastics.net/ http://www.plasticstoday.com/articles/toshiba-invests-india-lt-plastics-machinery-acquisition082720121 http://en.european-bioplastics.org/ http://cnocox.en.made-in-china.com/ 39th International Wood Composites Symposium- Washington State University http://en.european-bioplastics.org/market/europebeyond/pan-european-aspects/ http://www.technewsdaily.com/730-plastic-doesnt-grow-on-trees-but-it-grows-in-grass-now.html Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Grazie per l’attenzione www.veneziaricerche.it [email protected] [email protected], [email protected] Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di Venezia, Via della Libertà 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico Le informazioni contenute nel presente documento possono essere riservate e sono, comunque, destinate esclusivamente alla persona o all'ente sopraindicati. La diffusione, distribuzione e/o copia del documento trasmesso da parte di qualsiasi soggetto diverso dal destinatario è proibita. Se avete ricevuto questo documento per errore, Vi preghiamo di contattarci immediatamente. Grazie. Consorzio Venezia Ricerche c/o PST VEGA di di Venezia, Venezia, Via Via della della Libertà Libertà 12 12 30175 Venezia Marghera (VE) - Italy - www.veneziaricerche.it Consorzio Venezia Ricerche Ricerca applicata e trasferimento tecnologico
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