Proxecto H2020 NENU2PHAR: Cara a unha cadea de valor europea sostible de materiais baseados en PHA para produtos de consumo de alto volume
- Tipo Proxecto
- Estado Asinado
- Execución 2020 -2024
- Orzamento asignado 4.983.169,87 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto NENU2PHAR
Os plásticos convertéronse en omnipresentes e case indispensables, pero están feitos en gran parte de compostos derivados de combustibles fósiles e teñen efectos cada vez máis prexudiciais para o medio ambiente. Un xeito importante de mitigar os impactos negativos da industria do plástico, recoñecendo ao mesmo tempo a súa relevancia e apoiando a súa existencia continuada, é a transición de compostos derivados do petróleo a polímeros bioderivados. Os polihidroxialcanoatos (PHA) están entre os candidatos máis prometedores.
Non obstante, a UE depende actualmente doutros países para gran parte da cadea de valor da PHA. O proxecto NENU2PHAR, financiado pola UE, ten como obxectivo remediar esta situación mediante unha abordaxe holística que inclúe a produción de materias primas a partir de microalgas e bacterias, a formulación e o procesamento de biopolímeros e a produción de oito produtos diferentes baseados en PHA.
O proxecto NENU2PHAR alcanzou todos os obxectivos técnicos despois de 42 meses; Todos os plans de traballo concluíronse con éxito e cumpríronse os seus obxectivos específicos. NENU2PHAR estableceu unha nova cadea de valor europea para produtos bioplásticos baseados en PHA procedentes de biomasa de microalgas cun fin de vida aceptable, integrada nun concepto de economía circular, desde a produción de polímeros de PHA ata a biodegradabilidade ou reciclabilidade dos produtos plásticos.
O proxecto conseguiu con éxito a mellora da cadea de valor da produción de PHA no TRL 5, tamén se procesaron formulacións baseadas en PHA de NENU2PHAR (termoconformado, moldeo por soplado, extrusión de fundición, impresión 3D, extrusión de arame...) e se escalaron con éxito aos demostradores NENU2PHAR específicos; neste sentido, os socios industriais fabricaron e probaron con éxito prototipos dos produtos de alto volume dirixidos ao proxecto.
Todos os materiais desenvolvidos teñen un fin de vida aceptable (clasificación de plásticos, reciclaxe mecánica e química, compostabilidade, biodegradación mariña, etc.) e a aceptación ambiental, económica e social dos PHA derivados de microalgas foi completamente avaliada mediante a avaliación do ciclo de vida de escenarios NENU2PHAR, que van desde o cultivo de biomasa de microalgas ata a produción de PHA de alta pureza en diferentes condicións proxectadas a escala industrial. Identificáronse puntos críticos ambientais considerando medidas de ampliación e identificáronse oportunidades de mellora para aumentar o rendemento ambiental das PHA baseadas en microalgas cunha comparación entre NENU2PHAR e diferentes escenarios.
Desenvolvéronse enfoques de seguridade dos materiais, seguridade dos procesos e seguridade desde o deseño, e as avaliacións de conformidade do contacto con alimentos mediante software de modelado de migración e probas de migración concluíron que as formulacións empregadas para os prototipos de envases de alimentos cumpren as normas. Finalmente, en canto á aceptación social dos materiais da PHA, identificáronse os principais obstáculos e desafíos, e proporcionáronse recomendacións para impulsar a súa aceptación social.
Os polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros biodegradables e de base biolóxica. Espérase que os PHA substitúan gradualmente os plásticos convencionais, xa que teñen propiedades fisicoquímicas, térmicas e mecánicas similares. O feito de que os PHA se poidan obter por medios puramente biotecnolóxicos fainos especialmente atractivos. Ademais, informouse de que o PHA se degrada espontaneamente en ambientes acuáticos, o que representa un prometedor substituto biodegradable para varios produtos de consumo de alto volume. O proxecto NENU2PHAR centrarase no desenvolvemento dunha carteira de PHA para iniciar unha cadea de valor competitiva de materiais bioplásticos para produtos de consumo de alto volume.
O obxectivo de NENU2PHAR é establecer unha nova cadea de valor europea para bioplásticos baseados en PHA procedentes dunha fonte biolóxica sostible cun fin de vida aceptable. NENU2PHAR desenvolveu un fluxo de produción de PHA integrado nun concepto de economía circular, desde a produción a partir de organismos acuáticos ata a biodegradabilidade ou reciclabilidade de produtos plásticos e novos compostos. Para acadar un obxectivo tan ambicioso, o proxecto NENU2PHAR tiña 6 obxectivos principais:
- Desenvolver unha biofonte competitiva de polímeros de PHA.
- Formular e funcionalizar polímeros para masterbatches e materiais compostos.
- Identificar os procesos de materiais PHA para acadar propiedades funcionais definidas dos bioplásticos mellores que os seus homólogos de combustibles fósiles.
- Desenvolver produtos de base biolóxica de PHA ecodeseñados para produtos de consumo de alto volume.
- Demostrar a economía circular e a sustentabilidade da cadea de valor NENU2PHAR.
- Aumentar o coñecemento das partes interesadas e dos consumidores sobre os novos produtos bioplásticos.
O plástico é un dos materiais preferidos para a fabricación de produtos de consumo e, máis concretamente, de envases, grazas ás súas propiedades físicas, mecánicas, térmicas e de barreira. Non obstante, a industria mundial do plástico baséase principalmente na petroquímica, o que crea unha pegada ambiental negativa. Os polihidroxialcanoatos (PHA) son un grupo de biopolímeros que agora son amplamente recoñecidos como substitutos atractivos dos plásticos derivados de combustibles fósiles nunha ampla gama de aplicacións.
Desafortunadamente, non existe unha cadea de valor sostible en Europa e os esquemas de produción desenvolvidos noutras partes do mundo parecen moi cuestionables desde unha perspectiva ambiental e ética. O proxecto NENU2PHAR ten como obxectivo pechar esta brecha crucial na industria da UE, dentro dunha abordaxe inclusiva que abordará toda a cadea de valor dos plásticos baseados en PHA, centrándose nos produtos de consumo de alto volume.
O proxecto NENU2PHAR reúne a 17 socios (cinco grandes empresas industriais, seis pemes, cinco RTO e un clúster), líderes en diversos campos de investigación, desde o desenvolvemento de biomasa ata a formulación de biopolímeros e o procesamento de plásticos. En primeiro lugar, abordaranse as fontes biolóxicas mediante o desenvolvemento e a optimización da produción de biopolímeros de PHA mediante a optimización da materia prima de carbono a partir de biomasa de microalgas e a selección de cepas bacterianas. As opcións innovadoras de procesamento de polímeros xerarán entón diferentes estruturas con diversas propiedades superficiais en bruto e diversas propiedades de fin de vida.
A aceptación no mercado deste novo PHA estará respaldada por un custo competitivo (5 €/kg para os compostos de PHA), un produto de alta pureza e procesos optimizados para que o bioplástico PHA aborde as propiedades funcionais dos produtos de consumo de alto volume mellor que os seus homólogos baseados en materiais fósiles. Desenvolveranse produtos baseados en PHA e compararanse cos seus homólogos baseados en materiais fósiles. Estudarase a validación completa dos escenarios de fin de vida útil e pegada ambiental en función da biodegradabilidade, compostabilidade ou reciclabilidade dos bioplásticos formulados.
Grazas ás súas propiedades mecánicas, térmicas e protectoras, os plásticos son indispensables na fabricación a grande escala de produtos de consumo e envases. Non obstante, a maioría destes plásticos prodúcense con combustibles fósiles, poden ser difíciles de reciclar e poden causar riscos ambientais como a contaminación por microplásticos. Aínda que se están a levar a cabo varios esforzos para recuperar, reutilizar e reciclar estes plásticos, unha alternativa que está a gañar terreo é atopar materiais de orixe biodegradables. O proxecto NENU2PHAR demostrou con éxito unha cadea de valor que proporciona unha familia de polímeros chamados polihidroxialcanoatos (PHA), utilizando bacterias cultivadas en azucres producidos por microalgas.
"A pesar de seren amplamente recoñecidos como un substituto viable dos plásticos derivados de combustibles fósiles, aínda non existe unha cadea de valor sostible dos PHA en Europa", explica Pablo Álvarez Díaz, da Comisión Francesa de Enerxías Alternativas e Enerxía Atómica, coordinador do proxecto NENU2PHAR. Financiado a través da Empresa Común Biobased Circular Europe, o proxecto contou coa participación de 17 socios de investigación e industriais. Combustible que non compite cos alimentos Os PHA son unha clase de poliésteres renovables, biodegradables e de base biolóxica que se consideran membros do "grupo de polímeros verdes". Estes teñen propiedades fisicoquímicas, térmicas e mecánicas atractivas, semellantes ao polipropileno (PP) e ao polietileno de baixa densidade (LDPE), que constitúen a maioría dos envases de plástico que se usan na actualidade. «Os PHA son particularmente atractivos porque son respectuosos co medio ambiente ao final da súa vida útil, xa que se degradan no solo, nos ambientes acuáticos e no compost doméstico e industrial», afirma Jean-François Sassi, codirector de NENU2PHAR.
Non obstante, debido a que as bacterias necesitan azucre para crecer, a produción de grandes cantidades de plástico deste xeito enfronta un serio desafío. "Actualmente, as materias primas de carbono empregadas como substratos de fermentación proceden do amidón producido a partir de cultivos como o trigo e a pataca, o que supón unha competencia cos sistemas tradicionais de subministración agroalimentaria e un aumento dos prezos dos alimentos", engade Álvarez Díaz. NENU2PHAR demostrou que as microalgas poderían ser unha fonte de combustible ideal para as bacterias. O cultivo de algas en biorreactores captura grandes cantidades de CO2 da atmosfera e convérteo no amidón que necesitan as bacterias produtoras de biopolímeros. "A produción de amidón branco puro a partir de microalgas verdes foi un fito importante, xa que a industria require plásticos incoloros e transparentes ao comezo do proceso de produción", sinala Sassi.
O equipo tamén desenvolveu un proceso para extraer PHA de bacterias que emprega solventes máis respectuosos co medio ambiente que as variedades cloradas convencionais. Os PHA formúlanse despois en materias primas para a produción de bioplásticos. É alentador que xa exista un subministro dispoñible da materia prima: as instalacións europeas de tratamento de augas residuais producen biomasa de microalgas de forma rutineira durante os procesos de tratamento de augas residuais. A cadea de valor de NENU2PHAR podería converter un fluxo de residuos nunha fonte de ingresos. A porta de entrada cara a unha economía máis circular Como demostración da versatilidade e idoneidade dos PHA, o equipo presentou unha colección de produtos bioplásticos derivados de microalgas. Isto inclúe bandexas de queixo en rebandas, tapas de película, recipientes e bolsas para alimentos húmidos como o iogur, botellas roll-on para desodorantes, filamentos utilizados na impresión 3D, malla médica e agrotéxtiles. "Recibimos comentarios moi positivos en varios eventos, e a xente a miúdo dicía: 'Vaia, de verdade que o fixestes'." Non se pode discutir sobre a viabilidade destes bioplásticos mentres se ten un dos nosos botes de iogur nas mans", afirma Álvarez Díaz.
NENU2PHAR contribuirá á creación dunha nova interconexión intersectorial na bioeconomía conectando o sector da produción de biomasa acuática co sector da produción de plásticos. Esta interconexión intersectorial estableceuse como o concepto central de NENU2PHAR, a produción de biopolímero de PHA a partir de biomasa de microalgas conseguida. A cadea de valor NENU2PHAR aborda novas (ou optimizadas) cadeas de valor biolóxicas. Os produtos bioplásticos baseados en PHA derivados da biotecnoloxía transformáronse en compostos plásticos. O fin de vida destes produtos é prometedor en termos de biodegradación.
Identificáronse catro novos materiais de base biolóxica a partir da materia prima inicial de carbono acuático, que son os seguintes biopolímeros: azucres hidrolizados, amidón, celulosa e PHA. Os novos produtos bioplásticos listos para o mercado desenvolvidos en NENU2PHAR con novos materiais de base biolóxica son:
- Películas flexibles baseadas en PHB compostas por outros biopolímeros que servirán como películas de tapa para envasado de alimentos.
- Películas ríxidas baseadas en PHB que servirán como bandexa despois do proceso de termoformado para substituír a estrutura petroquímica multicapa real utilizada para o envasado de alimentos.
- Film biodegradable e compostable para substituír o film multicapa de orixe fósil para o envasado de alimentos en formato de bolsa vertical.
- Aplicacións de envasado de alimentos en vasos termoformados biodegradables e compostables, máis concretamente para puré de froitas.
- Envase de coidado persoal, envase tipo roll-on composto por 3 partes: frasco, bóla e tapa.
- Cuberta vexetal tecida baseada en formulacións de PHB; Formulación de PHAs para impresión 3D e mallas cirúrxicas como implantes biorreabsorbibles.
O uso de microalgas como materia prima para bioplásticos evita tanto a competencia coas fontes de alimentos como os impactos ambientais asociados ás actividades agrícolas para a produción de biomasa de primeira xeración, utilizada predominantemente en bioplásticos comerciais (como o uso de fertilizantes e pesticidas que causan a eutrofización da auga e a acidificación do solo). A produción de PHA baseada en microalgas pódese conseguir integrando os procesos de captura e utilización de carbono (CCU) nas actividades de cultivo de microalgas. Os resultados revelaron que a produción de PHA baseada en microalgas podería ser economicamente viable, pero dependerá dunha serie de parámetros de produción e comercialización ben establecidos, como: a localización da planta, a escala de produción, o custo do subministro de CO2 (garantindo fontes baratas ou mesmo a custo cero mediante o uso de CO2 capturado das emisións industriais) e o prezo de venda do PHA. En canto á concienciación e comprensión da bioeconomía na sociedade, o proxecto organizou un obradoiro sobre aceptación social. Varias partes interesadas, incluídas empresas e pemes do sector dos plásticos e os bioplásticos, foron convidadas a analizar as barreiras que rodean a aceptabilidade dos PHA, e destacáronse os elementos clave para deseñar unha estratexia axeitada para a súa futura aceptación. Os resultados de NENU2PHAR estiman que a pegada social da PHA baseada en microalgas producida na UE foi menor que a da produción de PHA nos Estados Unidos, mentres que foi significativamente menor que a da produción de PHA chinesa. Polo tanto, estes resultados de NENU2PHAR deberían empregarse como ferramenta de toma de decisións para a mellora social do proceso produtivo, avaliando os puntos focais con máis detalle e propoñendo medidas que contribúan a mellorar as condicións sociais.
- COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
Proxectos relacionados
