La plastica è al centro di una crisi ambientale. La progettazione delle nuove plastiche deve includere anche il fine vita
La maggior parte della plastica globale è costituita da polimeri con catene portanti carbonio-carbonio, la cui persistenza ambientale e basso costo hanno portato a un enorme serbatoio di rifiuti di plastica che risiede nelle discariche e nell'ambiente. E’ importante che i principi di progettazione dei materiali e dei prodotti devono includere un piano fattibile per il recupero e il trattamento basato su sistemi esistenti
#plastica, #economiacircolare
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Argomenti trattati Ridurre l'inquinamento ambientale da plastica progettando i materiali polimerici La produzione delle plastiche oggi |
Introduzione
Le materie plastiche sono una classe onnipresente di materiali polimerici sintetici utilizzati praticamente in tutti i settori commerciali e industriali. La maggior parte della plastica globale è costituita da polimeri con catene portanti carbonio-carbonio, la cui persistenza ambientale e il basso costo hanno portato ai grossi problemi di inquinamento che tutti conoscono. Non è sufficiente progettare materiali che siano biodegradabili ma è necessario progettare i materiali e i prodotti con un piano fattibile per il recupero e il trattamento basato su sistemi esistenti.
La produzione delle plastiche oggi
Dagli anni '50, la produzione di materie plastiche è cresciuta più rapidamente di qualsiasi altra classe di materiali e si prevede che la crescita futura dei prodotti petrolchimici, compresa la plastica, guiderà la metà della domanda globale di petrolio entro il 2050.
Quasi il 77% delle materie plastiche prodotte a livello mondiale è costituito da polimeri con catene portanti carbonio-carbonio. Questa struttura molecolare fornisce una forte resistenza al degrado nell'ambiente.
Gli imballaggi, che hanno una durata di utilizzo estremamente breve prima di diventare rifiuti, rappresentano la maggiore domanda di plastica per applicazione (44,8% di tutti i polimeri). I polimeri maggiormente utilizzati per gli imballaggi sono polietilene (PE), polipropilene (PP) e polistirene (PS).
Se la produzione, l'uso, la produzione e la gestione dei rifiuti di plastica continuano lungo la traiettoria storica, si stima che entro il 2050 sul pianeta si saranno accumulati 12 miliardi di tonnellate di rifiuti di plastica.
(a) Produzione globale di materie plastiche in tutte le categorie di polimeri (verde), polimeri a scheletro carbonio-carbonio (grigio) e polimeri utilizzati negli imballaggi (blu) dal 1950 al 2018. (b) L'accumulo di plastica nelle discariche o nell'ambiente naturale. Le linee continue mostrano i dati storici dal 1950 al 2018 e le linee tratteggiate mostrano le proiezioni dal 2019 al 2050. La linea nera rappresenta i rifiuti generati e quella rossa l’accumulo di plastica. (Credit Nat Rev Mater )
I detriti di plastica contaminano gli ecosistemi terrestri, d'acqua dolce e oceanici. Si stima che 31,9 milioni di tonnellate metriche (Mt) di rifiuti di plastica mal gestiti abbiano contaminato le regioni costiere a livello globale solo nel 2010 in particolare causate da quelle economie in rapida crescita, dove i consumi e la produzione di rifiuti aumentano di pari passo.
I detriti di plastica sono stati trovati nell'ambiente, nell'ambiente acquatico e nelle acque reflue, nell'acqua potabile, nei terreni agricoli, ecc., suscitando preoccupazione nell'opinione pubblica per i rischi e gli impatti sulla fauna selvatica e sulla salute umana e richiedendo l'attenzione dei responsabili politici.
Divieti o tasse sugli articoli in plastica, come borse della spesa in plastica e contenitori per alimenti, sono stati istituiti dai governi e sono stati introdotti piani d'azione per combattere l’inquinamento da plastica.
E’ imperativo che i rifiuti di plastica generati dalle applicazioni essenziali siano gestiti in modo da ridurre al minimo la perdita e l'accumulo nell'ambiente, cercando di conservare il valore del materiale.
Tipi e proprietà della plastica
Le materie plastiche costituite da polimeri a spina dorsale carbonio-carbonio sono caratterizzate da leggerezza, robustezza, resistenza chimica e isolamento termico. Inoltre, gli additivi chimici possono alterare le proprietà di questi polimeri, rendendo la plastica forse la classe di materiali più versatile e ampiamente utilizzata per applicazioni a breve termine (monouso) e a lungo termine (durevoli).
La non biodegradabilità della plastica, che ne causa la persistenza, crea problemi nella gestione di questi materiali come rifiuti, soprattutto se non vengono recuperati e trattati in un sistema di gestione dei rifiuti o si disperdono nell'ambiente.
La maggior parte delle microplastiche presenti in natura ha origine dallo spargimento durante l'uso, ad esempio fibre tessili e particelle di usura degli pneumatici, o dalla frammentazione indotta dagli agenti atmosferici di oggetti più grandi.
La stragrande maggioranza delle materie plastiche tradizionali è prodotta da materie prime petrolchimiche (fossili).
Il termine plastica "biobased" si riferisce a materie plastiche il cui carbonio organico deriva, in tutto o in parte, da materie prime da biomassa rinnovabile, come colture agricole (ad esempio, mais o canna da zucchero), piante, animali, materiali forestali, alghe o altri microrganismi e funghi.
il termine "biobased" si riferisce all'origine del carbonio organico nel polimero e non è correlato al comportamento del materiale nell'ambiente o alla biodegradabilità
La plastica biodegradabile è spesso invocata come una soluzione auspicabile all'inquinamento da plastica nelle acque e sulla terraferma. Tuttavia, la biodegradabilità, o il completo metabolismo del carbonio plastico da parte dei microrganismi, è funzione delle caratteristiche fisico-chimiche del polimero e della natura biochimica del sistema di fine vita (smaltimento). Pertanto, la biodegradabilità come proprietà del materiale implica le condizioni ambientali in cui si verifica la biodegradazione (ad esempio, temperatura, umidità, percentuale di ossigeno e pH), compresa la velocità e la scala temporale della biodegradazione.
Disegnare le plastiche in funzione del fine vita
L'inquinamento da plastica nell'ambiente è un problema complesso che richiede molte strategie simultanee per mitigarlo e, in ultima analisi, prevenirlo. Un compito chiave nella progettazione dei polimeri è definire un percorso per il recupero e la lavorazione a fine vita in specifici sistemi di trattamento dei rifiuti
Per il massimo recupero delle risorse, o circolarità, i rifiuti solidi urbani devono essere prima raccolti e differenziati prima di essere immessi nell'apposito sistema di trattamento. Le linee tratteggiate indicano processi in fase di sviluppo (depolimerizzazione), in uso commerciale iniziale (pirolisi) o in uso commerciale parziale (incenerimento con recupero di energia). Il bollino verde indica il recupero massimo delle risorse, il bollino arancione indica il recupero parziale delle risorse e il bollino rosso indica la perdita di risorse (a causa del seppellimento in discarica). Clicca sull’immagine per ingrandire
Per un corretto utilizzo del materiale plastico ci deve essere una comprensione delle proprietà necessarie per soddisfare le esigenze di prestazione del prodotto, la distribuzione geografica del prodotto (uso e smaltimento) e le opzioni di raccolta e trattamento disponibili a fine vita.
Innanzitutto, l'ambiente naturale non dovrebbe essere considerato un sistema di trattamento dei rifiuti potenzialmente praticabile. Progettare materiali che siano "biodegradabili marini" o universalmente biodegradabili (cioè biodegradabili in qualsiasi contesto ambientale aperto) è mal posto e, quindi, inaccettabile. I materiali biodegradabili sono progettati per biodegradarsi in determinate condizioni ambientali, che non possono essere soddisfatte in ogni ecosistema terrestre, acquatico e/o marino. È probabile che i materiali biodegradabili persi accidentalmente o smaltiti intenzionalmente in luoghi in cui le condizioni di degrado ambientale non sono soddisfatte persistano, contaminando l'ambiente e potenzialmente aumentando il rischio a causa della frammentazione in particelle più piccole e più facilmente ingeribili.
Il concetto di economia circolare serve a sostenere gli obiettivi di sviluppo sostenibile relativi al consumo e alla produzione, compresa la riduzione dei rifiuti e il riciclaggio.
Pertanto, uno degli obiettivi dell'economia circolare è la valorizzazione e il recupero dei beni a fine vita riducendo l'estrazione di risorse per la produzione di nuovo materiale. Un obiettivo ideale è lo sviluppo di materiali infinitamente riciclabili.
Pertanto, la progettazione per il fine vita deve essere fatta con una chiara comprensione dei sistemi di raccolta e trattamento dei rifiuti esistenti e di quelli in fase di sviluppo, per tendere alla circolarità.
Anche con importanti progressi nell'innovazione dei materiali e nel recupero a fine vita, ci sarà sempre una dispersione di rifiuti di plastica nell'ambiente. Pertanto, la persistenza ambientale delle materie plastiche deve essere ridotta al minimo e il comportamento di degradazione delle materie plastiche deve essere studiato a fondo.
Law, K.L., Narayan, R. Reducing environmental plastic pollution by designing polymer materials for managed end-of-life. Nat Rev Mater 7, 104–116 (2022). https://doi.org/10.1038/s41578-021-00382-0
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