Proxecto H2020 NENU2PHAR: cara a unha cadea de valor europea sostible de materiais baseados en PHA para produtos de consumo de gran volume
- Tipo Proxecto
- Estado Firmado
- Execución 2020 -2024
- Orzamento asignado 4.983.169,87 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto NENU2PHAR
Os plásticos tornáronse omnipresentes e case indispensables, aínda que están feitos en gran parte a partir de compostos derivados de combustibles fósiles e teñen efectos cada vez máis prexudiciais para o medio ambiente. Unha forma importante de mitigar os impactos negativos da industria dos plásticos, ao mesmo tempo que se recoñece a súa relevancia e se apoia 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 un enfoque holístico que inclúe a produción de materias primas a partir de microalgas e bacterias, a formulación e procesamento de biopolímeros e a produción de oito produtos diferentes a base de PHA.
O proxecto NENU2PHAR conseguiu todos os obxectivos técnicos despois de 42 meses; todos os WP concluíronse con éxito e cumpríronse os seus obxectivos específicos. NENU2PHAR estableceu unha nova cadea de valor europea para produtos bioplásticos baseados en PHA a partir de biomasa de microalgas cun fin de vida útil aceptable, integrado nun concepto de economía circular, desde a produción de polímeros PHA ata a biodegradabilidade ou reciclabilidade dos produtos plásticos.
O proxecto conseguiu a mellora da cadea de valor de produción de PHA en TRL 5, tamén se procesaron formulacións baseadas en NENU2PHAR PHA (termoformado, moldeo por soplado, extrusión de fundición, impresión 3D, extrusión de fío...) e escalaron con éxito aos demostradores de NENU2PHAR, neste sentido, os prototipos de produtos industriais de alto volume foron dirixidos con éxito á fabricación e probas do proxecto industrial. socios.
Todos os materiais desenvolvidos teñen un final de vida aceptable (clasificación de plásticos, reciclaxe mecánica e química, compostabilidade, biodegradación mariña, etc.) e a aceptación ambiental, económica e social do PHA derivado de microalgas foi totalmente avaliada mediante a avaliación do ciclo de vida dos escenarios NENU2PHAR, que van desde o cultivo de microalgas en biomasa en condicións de produción industrial en diferentes condicións. Identificáronse os puntos quentes ambientais considerando medidas de ampliación e identificáronse oportunidades de mellora para aumentar o rendemento ambiental dos PHA baseados en microalgas cunha comparación entre NENU2PHAR e diferentes escenarios.
Desenvolvéronse enfoques de seguridade de materiais, de procesos e de seguridade por deseño, e as avaliacións de conformidade co contacto con alimentos mediante software de modelado de migración e probas de migración concluíron que as formulacións utilizadas para os prototipos de envases de alimentos son compatibles. Finalmente, en canto á aceptación social dos materiais PHA, identificáronse os principais obstáculos e retos e proporcionáronse recomendacións para potenciar a súa aceptación social.
Os polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros biodegradables de base biolóxica. Espérase que os PHA substitúan gradualmente aos plásticos convencionais, xa que teñen propiedades físico-químicas, térmicas e mecánicas similares. O feito de que os PHA se poidan obter por medios puramente biotecnolóxicos fainos especialmente atractivos. Ademais, informouse que o PHA se degrada espontáneamente en ambientes acuáticos, o que representa un substituto biodegradable prometedor para unha serie de produtos de consumo de gran 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 gran volume.
O obxectivo de NENU2PHAR é establecer unha nova cadea de valor europea para bioplásticos baseados en PHA a partir 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 PHA.
- Formular e funcionalizar polímeros para masterbatches e compostos.
- Identificar os procesos de materiais PHA para acadar propiedades funcionais definidas dos bioplásticos mellor que os homólogos dos combustibles fósiles.
- Desenvolver produtos ecolóxicos de base biolóxica PHA para produtos de consumo de gran volume.
- Demostrar a economía circular e a sustentabilidade da cadea de valor NENU2PHAR.
- Aumentar a concienciación das partes interesadas e dos consumidores sobre 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 de plásticos existente baséase principalmente nos produtos petroquímicos, 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 noutros lugares 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 dun enfoque inclusivo que abordará toda a cadea de valor dos plásticos baseada en PHA, dirixido a produtos de consumo de gran 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 procesado 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 da biomasa de microalgas e a selección de cepas bacterianas. As opcións innovadoras de procesamento de polímeros xerarán entón diferentes estruturas con diversas propiedades de superficie bruta e diversas propiedades ao final da vida útil.
A aceptación no mercado deste novo PHA estará apoiada 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 gran volume mellor que os seus homólogos baseados en fósiles.8 Desenvolveranse produtos a base de PHA e compararanse cos seus homólogos a base de fósiles. A validación completa dos escenarios de fin de vida útil e de pegada ambiental estudarase en función da biodegradabilidade, compostabilidade ou reciclabilidade dos bioplásticos formulados.
Grazas ás súas propiedades mecánicas, térmicas e protectoras, os plásticos son indispensables na fabricación en grandes cantidades de produtos de consumo e envases. Non obstante, a maioría destes plásticos prodúcense utilizando combustibles fósiles, poden ser difíciles de reciclar e poden provocar perigos ambientais como a contaminación por microplásticos. Aínda que se están realizando varios esforzos para recuperar, reutilizar e reciclar estes plásticos, un enfoque alternativo que está gañando terreo é atopar materiais de orixe biodegradables. O proxecto NENU2PHAR demostrou con éxito unha cadea de valor que ofrece unha familia de polímeros chamados polihidroxialcanoatos (PHA), utilizando bacterias cultivadas en azucres producidos por microalgas.
"A pesar de ser amplamente recoñecido como un substituto viable dos plásticos derivados de combustibles fósiles, aínda non existe unha cadea de valor PHA sostible en Europa", explica Pablo Álvarez Díaz, da Comisión Francesa de Enerxías Alternativas e Enerxía Atómica, coordinador do proxecto NENU2PHAR. Financiado a través da Bio-based Circular Europe Joint Undertaking, o proxecto implicou 17 socios industriais e de investigación. Os combustibles que non compiten cos alimentos 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, similares ao polipropileno (PP) e o polietileno de baixa densidade (LDPE), que constitúen a maioría dos envases plásticos utilizados na actualidade. "Os PHA son particularmente atractivos porque son respectuosos co medio ambiente ao final da súa vida, xa que se degradan no solo, ambientes acuáticos e no compost doméstico e industrial", di Jean-François Sassi, co-coordinador de NENU2PHAR.
Non obstante, debido a que as bacterias necesitan azucre para crecer, producir grandes cantidades de plástico deste xeito enfróntase a un serio desafío. “Na actualidade, as materias primas de carbono utilizadas como substratos de fermentación proceden do amidón producido a partir de cultivos como o trigo e a pataca, competindo así cos sistemas tradicionais de abastecemento agroalimentario e incrementando os prezos dos alimentos”, engade Álvarez Díaz. NENU2PHAR demostrou que as microalgas poderían ser unha fonte de combustible ideal para as bacterias. As algas en crecemento nos biorreactores captan grandes cantidades de CO2 da atmosfera e convérteo no amidón que necesitan as bacterias famentas 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 utiliza disolventes máis respectuosos co medio que as variedades cloradas convencionais. Os PHA son entón formulados en materias primas de produción de bioplásticos. É alentador que xa exista unha subministración preparada da materia prima: a biomasa de microalgas prodúcese habitualmente polas instalacións europeas de tratamento de augas residuais durante os procesos de tratamento de augas residuais. A cadea de valor de NENU2PHAR podería converter un fluxo de residuos nun fluxo de ingresos. A porta de entrada 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 rodajas, tapas de película, potes e bolsas para alimentos húmidos como iogur, botellas roll-on para desodorantes, filamentos utilizados na impresión 3D, mallas médicas e agrotéxtiles. "Recibimos comentarios moi positivos en varios eventos e a xente adoitaba dicir: 'Guau, realmente o fixeches'. Non se pode discutir sobre a viabilidade destes bioplásticos mentres se sostén un dos nosos iogures”, di Álvarez Díaz.
NENU2PHAR contribuirá á creación dunha nova interconexión intersectorial na bioeconomía conectando o sector de produción de biomasa acuática co sector de produción de plásticos. Esta interconexión intersectorial estableceuse como o concepto central de NENU2PHAR, a produción de biopolímero PHA a partir de biomasa de microalgas conseguida. A cadea de valor NENU2PHAR aborda cadeas de valor de base biolóxica novas (ou optimizadas). Os produtos bioplásticos baseados en PHAs bioderivados transformáronse en compostos plásticos. O final da vida útil destes produtos é prometedor en termos de biodegradación.
Identificáronse catro novos materiais de base biolóxica a partir da materia prima inicial de carbono acuático, estes son os seguintes biopolímeros: azucres hidrolizados, amidón, celulosa e PHA. Os novos produtos bioplásticos preparados para o mercado desenvolvidos en NENU2PHAR con novos materiais de base biolóxica son:
- Películas flexibles a base de PHB compostas por outros biopolímeros que servirán como películas de tapa para envases de alimentos.
- Películas ríxidas a base de PHB que servirán de bandexa despois do proceso de termoformado para substituír a estrutura petroquímica multicapa real utilizada para o envasado de alimentos.
- Película biodegradable e compostable para substituír a película multicapa a base de fósiles para envases de alimentos en formato de bolsa stand-up.
- Aplicacións de envasado de alimentos en vasos termoformados biodegradables e compostables, máis concretamente para purés de froitas.
- Embalaxe de coidado persoal, embalaxe tipo roll-on formado por 3 partes: botella, bola e tapón.
- Cuberta vexetal tecida a base de formulacións de PHB; Formulación de PHA para impresión 3D e mallas cirúrxicas como implantes bioabsorbibles.
O uso de microalgas como materia prima bioplástica evita tanto a competencia coas fontes alimentarias 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 provocan eutrofización da auga e 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 de que unha serie de parámetros de produción e comercialización estean ben establecidos, como: localización da planta, escala de produción, custo de subministración 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 de aceptación social. Convidouse a diversas partes interesadas, entre elas empresas e pemes do sector dos plásticos e dos bioplásticos, a analizar as barreiras que rodean a aceptabilidade dos PHA, e destacaron os elementos clave para deseñar unha estratexia adecuada para a súa futura aceptación. Os resultados de NENU2PHAR estiman que a pegada social da PHA baseada en microalgas producida na UE estimouse que era inferior á da produción de PHA nos Estados Unidos, mentres que era significativamente inferior á da produción chinesa de PHA. Polo tanto, estes resultados NENU2PHAR deberían utilizarse como ferramenta de toma de decisións para a mellora social do proceso produtivo, avaliando con máis detalle os focos e propoñendo medidas que contribúan a mellorar as condicións sociais.
- COMMISSARIAT A L ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (CEA)
Proxectos relacionados
