Un nuovo approccio alla plastica sostenibile
In questo studio i ricercatori migliorano l'impatto ambientale del polistirene grazie all'uso di additivi innovativi
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Il polistirene è una delle materie plastiche più importanti al mondo, ma è ancora considerato tutt’altro che sostenibile. La sua produzione si basa su risorse fossili, richiede grandi quantità di energia e il materiale viene raramente riciclato. Un gruppo di ricerca guidato dall’Helmholtz-Zentrum Hereon ha ora sviluppato un polistirene alternativo che contiene materie prime rinnovabili, può essere prodotto in modo efficiente dal punto di vista energetico ed è biodegradabile. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Chem Circularity.
Il polistirene viene utilizzato negli imballaggi protettivi per televisori e dispositivi elettronici, nei battiscopa e nei rivestimenti decorativi per l’arredamento d’interni e nelle piastre di Petri. È una delle materie plastiche più importanti al mondo, con una produzione annua di quasi 20 milioni di tonnellate. Il materiale deriva prevalentemente dal petrolio greggio e viene raramente riciclato. Il polistirene vergine è spesso più economico del materiale riciclato, il che significa che i prodotti usati vengono in genere inceneriti o conferiti in discarica. Come molte altre materie plastiche, il polistirene è altamente resistente alla degradazione in ambiente.
I ricercatori hanno ora sviluppato una versione più sostenibile del polistirene. «La combinazione di materie prime rinnovabili, un consumo energetico ridotto e una migliore riciclabilità rappresenta un importante passo avanti», afferma il dottorando Phannaro Nhem, che sta attualmente conseguendo il dottorato sotto la supervisione della prof.ssa Francesca Toma, direttrice dell’Istituto di materiali funzionali per la sostenibilità di Hereon. Al progetto hanno partecipato anche ricercatori della BTU Cottbus-Senftenberg, della Freie Universität Berlin e dell’Università Helmut Schmidt di Amburgo.
50 per cento di materie prime rinnovabili
Il polistirene convenzionale viene prodotto legando chimicamente le molecole di stirene per formare un materiale plastico. Durante questo processo, le molecole di stirene formano un polimero rigido e il recipiente di reazione deve essere riscaldato. Il team di ricerca ha integrato lo stirene con il composto chimico anidride itaconica, che può essere prodotta attraverso la fermentazione di carboidrati di origine vegetale come lo zucchero. Il polistirene ottenuto contiene circa il 50 per cento di questa materia prima di origine biologica.
Anche il processo di produzione è stato reso più efficiente dal punto di vista energetico. Anziché utilizzare recipienti di reazione riscaldati, i ricercatori hanno impiegato le radiazioni a microonde come fonte di calore. «È simile a una cucina domestica. Riscaldare il cibo sui fornelli richiede tempo e consuma molta energia. Le microonde sono molto più veloci», spiega Phannaro Nhem. «La tecnologia a microonde non è ancora stata ampiamente adottata nella sintesi dei polimeri», afferma Francesca Toma. «Tuttavia, i nostri risultati suggeriscono che potrebbe diventare un’alternativa più efficiente dal punto di vista energetico per i processi di polimerizzazione controllata».
Punti di rottura integrati per il riciclaggio
Il team ha inoltre incorporato nel materiale il composto DOT. Queste molecole di DOT fungono da punti di rottura deliberatamente integrati all’interno della rete polimerica, consentendo al materiale di essere scomposto chimicamente in frammenti più piccoli al termine del suo ciclo di vita. «A differenza del polistirene convenzionale, il nostro materiale può essere frammentato in piccoli pezzi», afferma Nhem. Questi frammenti più piccoli possono successivamente essere ulteriormente trattati chimicamente. Anche i batteri sono in grado di metabolizzare i frammenti, mentre non riescono a degradare la struttura fortemente reticolata del polistirene convenzionale.
«Il nuovo polimero è stato sviluppato secondo il principio del “design-for-degradation”, ovvero è stato progettato per una degradazione controllata al termine del suo ciclo di vita», aggiunge Francesca Toma. «Questo apre la strada al polistirene verso cicli chiusi dei materiali e un’economia circolare». I test iniziali hanno dimostrato che il materiale può essere lavorato utilizzando apparecchiature convenzionali per lo stampaggio a iniezione. Utilizzando la loro attuale configurazione su scala di laboratorio, i ricercatori hanno prodotto piastre di Petri in miniatura delle dimensioni approssimative di una moneta da un euro. In futuro, tuttavia, si potrebbe prevedere un’ampia gamma di applicazioni. Studi preliminari condotti con cellule staminali umane indicano inoltre che il materiale è biocompatibile e offre prestazioni pari a quelle del polistirene disponibile in commercio per le applicazioni di coltura cellulare.
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