Projecte H2020 NENU2PHAR: Per una cadena de valor europea i sostenible de materials basats en PHA per a productes de consum de gran volum
- Tipus Projecte
- Estat Firmado
- Execució 2020 -2024
- Pressupost assignat 4.983.169,87 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte Proyecto NENU2PHAR
Els plàstics s'han tornat omnipresents i gairebé indispensables, però, es fabriquen en gran mesura a partir de compostos derivats de combustibles fòssils i tenen efectes cada cop més perjudicials per al medi ambient. Una forma important de mitigar els impactes negatius de la indústria del plàstic, reconeixent-ne alhora la rellevància i recolzant-ne l'existència, és la transició dels compostos derivats del petroli als polímers bioderivats. Els polihidroxialcanoats (PHA) es troben entre els candidats més prometedors.
No obstant això, actualment la UE depèn d'altres països per a gran part de la cadena de valor de la PHA. El projecte NENU2PHAR, finançat amb fons europeus, pretén posar remei a aquesta situació mitjançant un enfocament holístic que inclou la producció de matèries primeres amb microalgues i bacteris, la formulació i el processament de biopolímers i la producció de vuit productes diferents basats en PHA.
El projecte NENU2PHAR ha assolit tots els objectius tècnics després de 42 mesos, tots els WP s'han acabat amb èxit i se n'han assolit els objectius específics. NENU2PHAR ha establert una nova cadena de valor europea de productes bioplàstics basats en PHA a partir de biomassa de microalgues amb una finalitat de vida acceptable, integrats en un concepte d'economia circular, des de la producció de polímers PHA fins a la biodegradabilitat o reciclabilitat dels productes plàstics.
El projecte va aconseguir amb èxit la millora de la cadena de valor de producció de PHA en TRL 5, també es van processar les formulacions basades en NENU2PHAR PHA (termoformat, extrusió per bufat, extrusió per fosa, impressió 3D, extrusió de fil...) i es van ampliar amb èxit als demostradors de NENU2PHAR objectiu, estat fabricats i provats amb èxit pels socis industrials.
Tots els materials desenvolupats presenten un final de vida acceptable (classificació de plàstics, reciclatge mecànic i químic, compostabilitat, biodegradació en medi marí...) i s'ha avaluat completament l'acceptació ambiental, econòmica i social del PHA procedent de microalgues i mitjançant l'avaluació del cicle de vida dels escenaris NENU2PHAR, que abasten des del cultiu de biomassa de la projectades a escala industrial. Els punts crítics ambientals s‟han identificat considerant mesures d‟escalament, s‟han detectat oportunitats de millora per augmentar el rendiment ambiental dels PHA basats en microalgues amb una comparació entre NENU2PHAR i diferents escenaris.
S'han desenvolupat estratègies de seguretat per material i seguretat per procés i enfocaments de seguretat per disseny i l'avaluació del compliment del contacte amb aliments, utilitzant programari de modelatge de migració i proves de migració, va concloure que les formulacions utilitzades per als prototips d'envasos d'aliments són conformes. Finalment, quant a l'acceptació social dels materials de PHA, s'han identificat els principals obstacles i desafiaments i s'han proporcionat recomanacions per impulsar-ne l'acceptació social.
Els polihidroxialcanoats (PHA) són polímers biodegradables i de base biològica. S'espera que els PHA puguin substituir gradualment els plàstics convencionals, ja que tenen propietats fisicoquímiques, tèrmiques i mecàniques similars. El fet que els PHA es puguin obtenir per una via purament biotecnològica els fa especialment atractius. A més, s'ha informat que el PHA es degrada espontàniament en entorns aquàtics, cosa que representa un prometedor substitut biodegradable d'una sèrie de productes de consum de gran volum. NENU2PHAR projecte se centrarà en el desenvolupament d'un flux de PHA per iniciar una cadena de valor competitiva de material bioplàstic per a productes de consum d'alt volum.
L´objectiu de NENU2PHAR és establir una nova cadena de valor europea de productes bioplàstics basats en PHA a partir d´una font biològica sostenible amb un final de vida útil acceptable. NENU2PHAR ha desenvolupat un flux de producció de PHA integrat en un concepte d'economia circular, des de la producció a partir d'organismes aquàtics fins a la biodegradabilitat o la reciclabilitat de productes plàstics i nous compostos. Per assolir un objectiu tan ambiciós, el projecte NENU2PHAR tenia 6 objectius principals:
- Desenvolupar una biofont competitiva de polímers PHA.
- Formular i funcionalitzar polímers per a masterbatch i compostos.
- Identificar els processos del material PHA per assolir les propietats funcionals definides del bioplàstic millor que els homòlegs dels combustibles fòssils.
- Desenvolupar productes de base biològica PHA de disseny ecològic per a productes de consum de gran volum.
- Demostrar leconomia circular i la sostenibilitat de la cadena de valor NENU2PHAR.
- Augmentar la conscienciació de les parts interessades i els consumidors sobre els nous productes bioplàstics.
El plàstic és un dels materials preferits per a la fabricació de productes de gran consum i, més concretament, d'embalatges gràcies a les propietats físiques, mecàniques, tèrmiques o de barrera. No obstant això, la indústria mundial del plàstic existent es basa principalment en la petroquímica, cosa que genera una mala empremta ambiental. Els polihidroxialcanoats (PHA) són un grup de biopolímers que ara són àmpliament reconeguts com a substituts atractius dels plàstics derivats de combustibles fòssils en una àmplia gamma d'aplicacions.
Malauradament, no hi ha una cadena de valor sostenible a Europa, i els esquemes de producció desenvolupats a altres parts del món semblen molt qüestionables des d'un punt de vista ambiental i ètic. El projecte NENU2PHAR té com a objectiu tancar aquesta bretxa crucial a la indústria de la UE, dins d'un enfocament inclusiu que abordarà tota la cadena de valor del plàstic basat en PHA, apuntant a productes de consum de gran volum.
El projecte NENU2PHAR reuneix 17 socis (5 grans industrials, 6 PIMES, 5 RTO i 1 cluster), líders als diferents camps de recerca, des del desenvolupament de biomassa fins a la formulació de biopolímers i els processos plàstics. En primer lloc, les fonts biològiques s'abordaran mitjançant el desenvolupament i l'optimització de la producció de biopolímer de PHA gràcies a l'optimització de la matèria primera de carboni a partir de la biomassa de microalgues i la selecció de ceps de bacteris. Després, les opcions innovadores de processament de polímers generaran diferents estructures amb diverses propietats de superfície en brut i diverses propietats al final de la vida útil.
L'acceptació al mercat d'aquest nou PHA estarà recolzada per un cost competitiu (5 €/kg per als compostos de PHA), un producte d'alta puresa i processos optimitzats perquè el bioplàstic de PHA abordi les propietats funcionals de productes de consum de gran volum millor que els seus homòlegs d'origen fòssil. Els productes a base de PHA. S'estudiarà la validació completa dels escenaris de fi de vida i empremta ambiental en funció de la biodegradabilitat, compostabilitat o reciclabilitat dels bioplàstics formulats.
Gràcies a les propietats mecàniques, tèrmiques i protectores, els plàstics són indispensables en la fabricació de grans volums de productes de consum i envasos. Tot i això, la majoria d'aquests plàstics es produeixen utilitzant combustibles fòssils, poden ser difícils de reciclar i poden provocar perills mediambientals com la contaminació per microplàstics. Tot i que s'estan duent a terme diversos esforços per recuperar, reutilitzar i reciclar aquests plàstics, un enfocament alternatiu que està guanyant terreny és trobar materials d'origen biodegradables. El projecte NENU2PHAR ha demostrat amb èxit una cadena de valor que proporciona una família de polímers anomenats polihidroxialcanoats (PHA), utilitzant bacteris cultivats en sucres produïts per microalgues.
"Tot i ser àmpliament reconegut com un substitut viable dels plàstics derivats dels combustibles fòssils, encara no hi ha una cadena de valor sostenible de PHA a Europa", explica Pablo Álvarez Díaz, de la Comissió Francesa d'Energies Alternatives i Energia Atòmica, coordinador del projecte NENU2PHAR. Finançat a través de l'Empresa Comuna per a una Europa Circular de Base Biològica, el projecte va comptar amb 17 socis investigadors i industrials. Combustible que no competeix amb els aliments Els PHA són una classe de polièsters renovables, biodegradables i de base biològica que es consideren membres del “grup dels polímers verds”. Aquests tenen atractives propietats fisicoquímiques, tèrmiques i mecàniques, similars al polipropilè (PP) i al polietilè de baixa densitat (LDPE), que constitueixen la majoria dels envasos de plàstic utilitzats actualment. "Els PHA són particularment atractius perquè són respectuosos amb el medi ambient al final de la seva vida útil, ja que es degraden a terra, els mitjans aquàtics, així com al compost domèstic i industrial", diu Jean-François Sassi, cocoordinador de NENU2PHAR.
No obstant això, pel fet que els bacteris necessiten sucre per créixer, produir grans quantitats de plàstic d'aquesta manera enfronta un desafiament seriós. "Actualment, les matèries primeres de carboni utilitzades com a substrats de fermentació provenen del midó produït a partir de cultius com el blat i la patata, per la qual cosa competeixen amb els sistemes tradicionals de subministrament agroalimentari i incrementen els preus dels aliments", afegeix Álvarez Díaz. NENU2PHAR demostrat que les microalgues podrien ser una font ideal de combustible per als bacteris. El cultiu d'algues en bioreactors captura grans quantitats de CO2 de l'atmosfera i el converteix en el midó que necessiten els famolencs bacteris productors de biopolímers. "La producció de midó blanc pur a partir de microalgues verdes va ser un punt culminant i important, ja que la indústria necessita plàstics incolors i transparents al començament del procés de producció", assenyala Sassi.
L'equip també va desenvolupar un procés per extreure PHAs dels bacteris que utilitza dissolvents més respectuosos amb el medi ambient que les varietats clorades convencionals. A continuació, els PHA es formulen en primeres matèries de producció de bioplàstics. És encoratjador que ja hi hagi un subministrament llest de la primera matèria: la biomassa de microalgues és produïda rutinàriament per les instal·lacions de tractament d'aigües residuals europees durant els processos de tractament d'aigües residuals. La cadena de valor NENU2PHAR podria convertir un flux de residus en un flux d'ingressos. La passarel·la cap a una economia més circular Com a demostració de la versatilitat i idoneïtat dels PHA, l'equip ha presentat una col·lecció de productes bioplàstics derivats de microalgues. Això inclou safates de formatge a rodanxes, tapes de pel·lícula, olles i bosses per a aliments humits com iogurts, ampolles roll-on per a desodorants, filaments utilitzats en la impressió 3D, malles mèdiques i agrotèxtils. "Rebem comentaris molt positius en diversos esdeveniments, i la gent solia dir: 'Wow, realment ho has aconseguit'. No es pot discutir sobre la viabilitat d'aquests bioplàstics mentre se sosté un dels nostres pots de iogurt", diu Álvarez Díaz.
NENU2PHAR contribuirà a la creació d'una nova interconnexió intersectorial a la bioeconomia mitjançant la interconnexió entre el sector de producció de biomassa aquàtica i el sector de producció de plàstic. Aquesta interconnexió intersectorial s'ha establert com el concepte central de NENU2PHAR, la producció de biopolímer PHA a partir de biomassa de microalgues aconseguida. La cadena de valor NENU2PHAR aborda cadenes de valor noves (o optimitzades) de base biològica, els productes bioplàstics basats en PHA dorigen biològic shan transformat en compostos plàstics, el final de la vida útil daquests productes és prometedor en termes de biodegradació.
S'identifiquen 4 nous materials de base biològica a partir de la matèria primera inicial de carboni aquàtic, aquests són els biopolímers següents: sucres hidrolitzats, midó, cel·lulosa i PHA. Els nous productes bioplàstics llestos per al mercat desenvolupats a NENU2PHAR amb nous materials de base biològica són:
- Pel·lícules flexibles a base de PHB compostes amb altres biopolímers que serviran com a pel·lícules de tapa per a l'envasament d'aliments.
- Pel·lícules rígides a base de PHB que serviran com a safata després del procés de termoformat per reemplaçar l'estructura petroquímica multicapa real utilitzada per a l'envasament d'aliments.
- Pel·lícula biodegradable i compostable per substituir la pel·lícula multicapa real d'origen fòssil per a l'envasament d'aliments en format de bossa vertical.
- Aplicacions d'envasament d'aliments a gots termoformats biodegradables i compostables, més específicament per a puré de fruites.
- Embalatge per a cura personal, tipus roll-on d'embalatge que consta de 3 parts: ampolla, bola i tap.
- Coberta vegetal teixida basada en les formulacions de PHB; Formulació de PHA destinats a la impressió 3D i malles quirúrgiques com a implants bioreabsorbibles.
L'ús de microalgues com a matèria primera de bioplàstics evita tant la competència amb les fonts d'aliments com els impactes ambientals associats a les activitats agrícoles per a la producció de biomassa de 1a generació, utilitzada predominantment en bioplàstics comercials (com l'ús de fertilitzants i pesticides que causen l'eutrofització de l'aigua i l'acidificació). La producció de PHA basada en microalgues es pot aconseguir integrant els processos de captura i utilització de carboni (CCU) a les activitats de cultiu de microalgues. Els resultats van revelar que la producció de PHA a base de microalgues podria ser econòmicament viable, però dependrà que s'estableixin bé una sèrie de paràmetres de producció i comercialització, com ara: la ubicació de la planta, l'escala de producció, el cost de subministrament de CO2 (assegurant fonts barates o fins i tot a cost zero mitjançant l'ús de CO2 capturat de les emissions industrials). Pel que fa a la conscienciació i la comprensió de la bioeconomia a la societat, el projecte va organitzar un taller sobre l'acceptabilitat social en què es va convidar diferents parts interessades, incloses empreses i pimes del sector dels plàstics i els bioplàstics, a analitzar les barreres al voltant de l'acceptabilitat dels PHA, i es van destacar els elements clau per dissenyar una estratègia adequada. NENU2PHAR resultats estimen que la petjada social del PHA a base de microalgues produït a la UE es va estimar menor que la de la producció de PHA als Estats Units, mentre que va ser significativament menor que la de la producció xinesa de PHA. Per tant, aquests NENU2PHAR resultats han de ser utilitzats com a eina de presa de decisions per a la millora social del procés productiu, avaluant amb més detall els focus i proposant mesures que contribueixin a millorar les condicions socials.
- COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
Projectes relacionats
