Trasformare gli scarti dell'orto e delle colture in materie plastiche
Nuovi processi produttivi per le bioplastiche
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Trasformare i rifiuti verdi, il fieno e le alghe in plastiche completamente biodegradabili da utilizzare in prodotti medici, componenti per auto, isolanti e imballaggi è l'obiettivo di un nuovo gruppo di ricerca junior dell'Università di Oldenburg. Guidato dalla chimica Melanie Walther, il team combinerà approcci ecologici e orientati alle applicazioni per sviluppare una tecnologia economica ed efficiente dal punto di vista energetico per la produzione di plastiche innovative basate sul polibutilene succinato (PBS), interamente ricavate da rifiuti organici. Il Ministero federale della Ricerca, della Tecnologia e dello Spazio (BMFTR) finanzierà il progetto EcoPBS con circa 2,7 milioni di euro.
"Il lavoro del nuovo Junior Research Group mira a proporre le plastiche prodotte da materie prime rinnovabili come alternativa industrialmente valida alle plastiche convenzionali", ha dichiarato il Prof. Dr. Ralph Bruder, Presidente dell'Università di Oldenburg: "L'approvazione del finanziamento da parte del BMFTR riconosce anche l'eccellente infrastruttura di ricerca della nostra università in questo campo e sottolinea il potenziale di EcoPBS nella creazione di un'economia circolare rispettosa dell'ambiente e del clima".
Rendere le bioplastiche completamente riciclabili e competitive
Il PBS assomiglia alle plastiche convenzionali polipropilene e polietilene in termini di robustezza e lavorabilità, con il vantaggio principale di essere facilmente biodegradabile. Tuttavia, gli scienziati non hanno ancora prodotto un materiale interamente a base biologica che sia completamente riciclabile e i processi di produzione non sono ancora adatti all'uso nell'industria chimica. "Per ottenere una resa elevata, è necessario disporre di microrganismi facili da coltivare e sufficientemente stabili da essere efficienti in processi a basso costo e a basso consumo energetico", spiega Walther.
In tre sottoprogetti, il gruppo di ricerca junior studierà quindi come trasformare un substrato biologico costituito da talee di giardino e scarti di colture in Bio-PBS. Il primo passo del team sarà quello di ottimizzare il processo di fermentazione: in un processo biotecnologico di nuova concezione si valuterà quanto efficacemente il materiale organico possa essere convertito in bioplastica utilizzando diversi tipi di microrganismi. Un fattore chiave è che verranno testati due diversi processi di fermentazione: la fermentazione con acetone-butanolo-etanolo (ABE) e la fermentazione con acido succinico.
Nuovi processi produttivi per le bioplastiche
Il secondo sottoprogetto si concentrerà sul "downstreaming", ovvero il processo di rimozione delle sostanze estranee dal materiale convertito. L'obiettivo è quello di convertire il composto organico n-butanolo in 1,4 butandiolo, un alcol bivalente e un'importante materia prima per le plastiche. Con l'aiuto di simulazioni e di apprendimento automatico si cercherà di migliorare il bilancio materiale ed energetico di questo processo.
È inoltre necessaria una nuova sostanza chimica per rimuovere i contaminanti e produrre così il primo BPS completamente biodegradabile. Il team ha già sviluppato un progetto di base per questa sostanza e ha richiesto un brevetto. Nel terzo sottoprogetto si prevede di perfezionare ulteriormente la tecnologia. Un altro obiettivo è quello di utilizzare i residui della produzione di bio-PBS per generare elettricità e calore rinnovabili da utilizzare per il funzionamento delle strutture del laboratorio. Nella fase finale, i ricercatori mirano a produrre i primi prodotti per uso industriale - ad esempio, imballaggi e materiali medici - utilizzando modelli digitali 3D e PBS completamente a base biologica.
Collaborazione con partner esterni e altre università
Melanie Walther si è unita all'Università di Oldenburg per creare il gruppo di ricerca junior. Un ricercatore post-dottorato e tre dottorandi condurranno ricerche sotto la sua supervisione. Walther ha studiato Chimica commerciale presso l'Università di Kiel (CAU), dove ha conseguito la laurea nel 2016 e il master nel 2018. Ha conseguito il dottorato nel campo dei materiali funzionali organici presso l'Università di Brema nel 2023 e ha continuato a condurre ricerche nel campo della chimica organica come ricercatrice post-dottorato.
Attualmente all'Università di Oldenburg ci sono nove gruppi di ricerca junior finanziati da terzi. L'obiettivo è quello di sostenere ricercatori eccezionali e altamente qualificati all'inizio della carriera come Walther nel loro percorso verso una cattedra o altre posizioni accademiche di alto livello. Le altre università partner del progetto EcoPBS sono la Hanze University of Applied Sciences (Groningen, Paesi Bassi), l'Università di Twente (Enschede, Paesi Bassi) e la Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Anche l'azienda di giardinaggio e paesaggistica Oeltjen (Westerstede), l'istituto di ricerca Fair-Fusion (Emmen, Paesi Bassi) e il fornitore di materie plastiche Biovox (Darmstadt) sono partner del progetto.
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