Roberto Pippa - BIO-Industry a Porto Marghera

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
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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
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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.
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Esempio: Bioetanolo prodotto dalla Braskem
Polietilene Green
Fonte immagine: http://www.braskem.com.br/site.aspx/green-products-EURO
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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
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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
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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
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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
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Trasformatori in manufatti
(prodotti finiti e/o
componenti)
Riciclo (fisico, chimico,
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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.
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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.
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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…)
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Sostenibilità e ciclo di vita
Fonte: Highlights in Bioplastics, IBAW Publication, Gennaio 2005.
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Colture a fini alimentari e colture a fini industriali
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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
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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
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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
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Normative fondamentali
• CEN/TS/16137: Plastics – Determination of biobased
carbon content
•  DIN CERTCO
•  Vinçotte
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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.
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Produzione mondiale nel 2012
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Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG)
Domanda di materie plastiche in Europa 2012
(kton/anno)
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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)
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Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG)
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Domanda di materie plastiche in Europa per
settore di applicazione e polimero nel 2012
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Fonte: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG)
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Fonte: PlasticsEurope Market
Research Group (PEMRG)
Capacità produttiva globale delle bioplastiche
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Capacità produttiva delle bioplastiche
2012/2017 (per regione)
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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…)
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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
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Polimerizzazione
PLA
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PHA - Poliidrossialcanoati
Queste macchie bianche presenti
nei microorganismi sono PHA
Fonte immagine: http://www.esf.edu/chemistry/nomura/lab/research/
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Biopolimeri derivati dall’amido (starch based)
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Alcune proprietà dei biopolimeri
Proprietà termiche e meccaniche di alcuni polimeri biodegradabili
Resistenza alla trazione di compositi poliolefine + 20% di fibre naturali
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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
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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).
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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…
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Sfide tecnologiche
http://www.transbio.eu/
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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
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Full article available on: http://bioplasticsnews.com/2014/01/08/lignin-the-future-gold/
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Bioplastic Events
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Bibliografia
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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
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