Produzione eco-sostenibile di poliidrossialcanoati (PHAs) e loro utilizzo in materiali compositi per applicazioni in campo marino/costiero e agricolo/vivaistico
CNR, ISE – Responsabile dell’Unità Operativa: Dr. Pietro Carlozzi
Progetto finanziato nel quadro del POR FESR Toscana 2014-2020
OBIETTIVI DEL PROGETTO PHA
Il progetto PHA ha come obiettivi lo sviluppo di un processo di produzione sostenibile di poliidrossialcanoati (PHAs) impiegando batteri fotosintetici in bioreattori di nuova generazione alimentati con acque reflue agroalimentari, e lo sviluppo di relativi compositi termoplastici biodegradabili e compostabili a base di fibre naturali di recupero a basse costo, da impiegare per applicazioni in ambienti terrestri e marini. Nello specifico i nuovi compositi a base di PHA sono sviluppati per le seguenti applicazioni:
- Per produrre oggetti di uso domestico (posateria usa e getta);
- Per produrre vasi per florovivaismo;
- Per produrre vasi e tutori per interventi di ripristino ambientale costiero.
Il partenariato del progetto PHA è composto dal capofila FEMTO Engineering, esperta in realizzazione di stampi per injection moulding e relativa produzione di articoli plastici, ZEFIRO produttore di masterbatches, Cooperativa Sociale Giovanile, azienda di servizi che si occupa, tra le varie, di pulizia di spiagge e di florovivaismo, dai Dipartimenti di Biologia e di Ingegneria Civile ed Industriale dell’Università di Pisa e dell’Istituto per lo Studio degli Ecosistemi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISE-CNR), supportati dal subfornitore Laboratori ARCHA.
RISULTATI
Nel corso del progetto sono stati testati alcuni ceppi di batteri fotosintetici (Purple Non-Sulfur Bacteria) da destinare alla produzione di PHA, utilizzando brodi colturali sintetici oppure due differenti acque reflue agro-industriali a basso costo, provenienti dall'industria lattiero-casearia e dell'olio d'oliva, come mezzo di coltura per la crescita dei batteri. Il processo è stato ridimensionato da laboratorio a scala pilota con un bioreattore tubolare, raggiungendo una produttività della biomassa secca che andava da 86 a 149 mg/L al giorno. In laboratorio, il contenuto di PHA ha raggiunto valori maggiori del 50% della biomassa secca; Il contenuto di PHA è diminuito quando il batterio è stato coltivato all’aperto.
Sono stati prodotti formulazioni di composti biodegradabili a base di PHA e fibre naturali, come fibre di Posidonia Oceanica, segatura di legno e crusca nel corso di processi di estrusione, in presenza di quantità appropriate di plastificante e riempitivo.
I granuli compositi sono stati quindi lavorati mediante stampaggio ad iniezione per ottenere diversi oggetti, da piatti e bicchieri per usi domestici (con impiego di formulazioni a base di PHA/crusca), a vasi per applicazioni in ambito florovivaistico (con impiego di formulazioni a base di PHA/segatura di legno), a vasi e tutori per applicazioni per ripristini ambientali in ambito dunale e marino (con impiego di formulazioni a base di PHA/Posidonia oceanica).
La biodegradabilità dei compositi ottimizzati è stata confermata in diversi ambienti:
- in condizioni controllate di compostaggio e nel terreno per i compositi PHA/segatura di legno, considerando che lo scenario per il fine vita di tali prodotti è l’impianto di compostaggio o come utilizzo in ambito agricolo;
- in acqua di mare su sedimenti marini naturali in mesocosmo e habitat di dune per i compositi PHA/Posidonia oceanica, perché le loro potenziali applicazioni sono nell'ambiente marino, come nel caso di impiego per interventi di ingegneria naturale e ripristino degli habitat.