Seminario di Aggiornamento La sfida delle bioplastiche. La filiera agro-industriale dei biopolimeri: potenzialità e prospettive *

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1 Seminario di Aggiornamento La sfida delle bioplastiche Firenze, 16 maggio 2007 La filiera agro-industriale dei biopolimeri: potenzialità e prospettive * a cura di Lorenzo D Avino CRA- ISCI Bologna I biopolimeri o bioplastiche (BP) sono polimeri preparati attraverso processi biologici, che conferiscono al prodotto finale un elevata biodegradabilità. Possono essere: di origine sintetica come ad esempio i derivati da alcuni poliesteri, da alcune poliesteriammidi, da alcol polivinilico (come l Hydrolene prodotto a Montecatini) oppure derivati da materiali di origine vegetale e quindi rinnovabili come l amido e le miscele di amido (come il Mater-Bi della Novamont di Novara, che usa mais o il Solanyl, che usa bucce di patate), l acido polilattico (PLA) derivato da zuccheri, la cellulosa o la lignina, i poliidrossialcanoati (PHA) e altri. I prodotti di cui è pianificata una crescita di produzione entro quest anno sono Natureworks, Biopar, Origo-Bi, Plantic, Metabolix. L amido ed il destrosio finora utilizzati per la produzione delle maggiori quantità di BP provengono da mais alimentare e sono reperiti secondo le disponibilità e i prezzi del mercato internazionale. L amido, con rese leggermente inferiori rispetto al mais ( 9,1 t ha -1 ), potrebbe anche essere derivato da patata (8,2), frumento tenero (5,5), orzo (5,3) riso o sorgo. Il destrosio utilizzato da Natureworks LLC è oggi estratto da mais prodotto nei dintorni dello stabilimento in Nebraska ( t di mais per t di PLA), ma da un punto di vista tecnologico si potrebbe prevedere di utilizzare anche altri materiali, quali barbabietola da zucchero o patate. Di estremo interesse ambientale (ma di minor interesse per il settore agricolo) sono le sperimentazioni per produrre BP da materiali di scarto, come ad esempio quelli derivanti dall industria a- groalimentare (conserviera, casearia e della lavorazione del pomodoro), ma anche da alghe, stoppie di mais o da raccolta differenziata della frazione organica dei rifiuti urbani. Un altra applicazione nel settore, che in prospettiva potrebbe essere molto interessante per l agricoltura, è la sostituzione nei BP degli oli minerali (utilizzati in percentuali ridotte per la loro azione plasticizzante e in generale per migliorare le proprietà fisiche del prodotto finale) con biolubrificanti di origine vegetale ad elevato valore tecnologico aggiunto. Una importante sviluppo in questa direzione è dato dalla bioraffineria Novamont in costruzione a Terni per la produzione di O- rigo-bi a partire non solo da amido di mais ma anche da olio di girasole prodotto localmente, in * Il contenuto di questa relazione è in buona parte estratto dalla Relazione finale del Progetto Activa promosso e finanziato da ARSIA Toscana e coordinato da Legambiente. 1

2 grado di sostituire la componente di prodotto biodegradabile ma di origine fossile, presente invece nel Mater-Bi. Tale innovazione risulta di notevole interesse anche perché, in accordo con Coldiretti, prevede uno specifico patto di filiera tra la Novamont e gli agricoltori partecipanti al progetto. Le applicazioni dei BP già sperimentate e commercializzate riguardano diversi settori: sono, o saranno a breve sul mercato, sacchetti, imballaggi imballaggi, superassorbenti, pneumatici, costruzioni protesi biomedicali, biocompositi (BP associati a fibre di lino o canapa in sostitu- elettrico/elettronico automobilistico sport/tempo libero zione della fibra di vetro); nel settore a- agricoltura altri mercati gricolo sono commercializzati come vasetti per piante, supporti per il lento rila- biopolimeri Suddivisione del consumo di plastiche in Europa a 15 paesi scio di feromoni o fertilizzanti, teli per nel 2003, i biopolimeri rappresentano meno dello 0.1%. Fonte:IBAW pacciamatura o solarizzazione. Quasi tutti i tipi di plastiche convenzionali sono sostituibili da BP, tuttavia a causa del prezzo maggiore sarebbe opportuno sviluppare in particolare quei settori in cui la biodegradabilità sia in grado di conferire un valore aggiunto al prodotto. Emblematico l esempio dei teli per pacciamatura in Mater-Bi dove l agricoltore, anziché sostenere il costo di rimozione del telo ed il successivo costo di smaltimento dopo il suo uso (considerato rifiuto pericoloso a causa della presenza di residui di fertilizzanti e fitofarmaci), può interrarli con una semplice fresatura, beneficiando tra l altro dell azione fertilizzante in seguito alla naturale decomposizione del BP. In generale, quindi, lo sviluppo dei BP sembra particolarmente interessante soprattutto nello sviluppo di piccole aziende che utilizzano le bioplastiche come materie prime per produrre e distribuire manufatti per varie applicazioni. Il consumo di plastica pro-capite si attesta sui 10 kg l anno, con la previsione di raggiungere i 100 kg entro fine secolo. Rispetto al mercato delle plastiche derivate da petrolio, che nel 2003 in Europa superava i 40 milioni di tonnellate annue (con un tasso di crescita del 4-5%), i BP avevano un mercato di sole t/anno, incentrato principalmente sul consumo di imballaggi. Per questo le potenzialità di crescita del settore sono quindi molto elevate (nel 2001 il consumo era stato di sole t): la previsione è che in Europa saranno utilizzate fino ad 1 milione di t nel 2010 e fino a 5 milioni nel Le potenziali ricadute sul mondo agricolo (anche in riferimento al territorio toscano) sono pertanto di assoluto interesse. Infatti, se nel mondo la capacità produttiva dei BP nel 2002 era già di t/anno, di queste circa il 90% erano costituite da BP derivati da materie prime rinnovabili derivate dall agricoltura. A queste quantità si devono aggiungere le t/anno prodotte da Natureworks in Nebraska che, grazie a questo investimento è diventata leader del mer- 2

3 cato. Salvo il citato esempio della bioraffineria di Terni, ad oggi praticamente non esistono ancora colture dedicate alla produzione di BP, nonostante la filiera sia già presente sul mercato nazionale ed internazionale, così la materia prima viene reperita in base al prezzo più basso e non sulla base di pluriennali accordi di filiera agro-industriale (sebbene si stiano sviluppando interessanti esperienze anche in Italia in questa direzione). In definitiva la concorrenza a livello di prezzi con il mercato delle plastiche, settore già ampiamente collaudato ed affermato, dove il costo degli impianti è già stato ammortizzato e che opera ad un livello di economia di scala, risulta molto difficile. Quantomeno senza poter beneficiare, almeno in questa prima fase di sviluppo, di forme di sostegno da parte dell amministrazione pubblica, giustificate ampiamente dall internalizzazione dei costi ambientali: come dimostrano diversi studi del ciclo di vita dei prodotti (LCA), l utilizzo di BP determina notevoli benefici ambientali, sia in termini di energia consumata che in termini di risparmio di CO 2. Al contrario, in Italia il settore dei BP, non beneficia di alcun tipo di aiuto pubblico, neanche di forme di defiscalizzazione analoghe a quelle previste per il biodiesel. In Germania a partire dal 2005 e fino al 2012, una norma consente ai distributori di non dover pagare le tasse sugli imballaggi costituiti da BP, né di far in modo che venga recuperato (per il riciclaggio o l incenerimento) almeno il 60 % del prodotto consegnato. Ciò risulta di estremo interesse per i produttori, in quanto la raccolta e il riciclaggio della plastica è un attività in perdita (a differenza di altri settori quali la produzione di compost, vetro o alluminio riciclati). Nel 2002 il contributo impegnato dal CONAI (Consorzio Nazionale Imballaggi) per il recupero della plastica superò i 130 milioni di euro, più della metà del contributo per la raccolta di tutti i materiali. Aumentare il consumo di BP permetterebbe di reinvestire tali finanziamenti, ma solo se il loro destino finale fosse la produzione di compost e non certo quello di plastica riciclata. Il destino post-consumo dei BP è un argomento di e- stremo interesse che merita di essere approfondito. Esistono nel mondo cinque diversi marchi che certificano la compostabilità di un prodotto e possono essere utilmente utilizzati per i BP, quelli esistenti in Europa si basano sulla norma EN (norma armonizzata a livello europeo come UNI). Il marchio può riferirsi a compostabilità in impianto di compostaggio industriale o a compostabilità domestica (come nel caso del marchio OK compost Home della società belga di certificazione Vinçotte), dove la temperatura e l azione Marchio promosso da European dei microrganismi sono ridotte. Per quanto riguarda il compostaggio Bioplastic che indica che il prodotto e compostabile secondo la industriale, il marchio maggiormente diffuso in Europa è quello promosso da IBAW (International Biodegradable Polymers Association norma EN & 3

4 Working Groups) oggi European Bioplastic presente in Germania, Austria, Regno Unito, Svizzera, Olanda e presto in Belgio e Francia, che grazie ad un accordo con 4 aziende che rappresentano il 90% del mercato dei BP in Europa, ad aprile 2005 aveva certificato 100 prodotti (di cui 50 già sul mercato), corrispondenti a ton di BP. L incremento della raccolta della frazione organica, che corrisponde a circa il 30% del peso dei rifiuti domestici, sembra essere l unico modo per raggiungere gli obiettivi, disattesi anche in Toscana, del Decreto Legislativo 22/97 (art. 24 comma 1) che prevedeva di raggiungere, entro il 2003, una quota minima del 35% di raccolta differenziata dei rifiuti urbani. L utilizzo di imballaggi biodegradabili opportunamente raccolti e compostati industrialmente con la frazione organica, consentirebbe di ridurre gli scarti in uscita dall impianto di compostaggio, che sono conferiti (dietro pagamento) in discarica; l utilizzo del sacchetto biodegradabile per la raccolta, se posto in appositi contenitori areati, permette una perdita in peso del 15-20%, riducendo così i costi di trasporto e gli onerosi costi di pulizia dei cassonetti, qualora si continui ad utilizzare questo metodo di raccolta sebbene diverse esperienze indicano che la raccolta a domicilio della frazione organica (il cosiddetto porta a porta ) consente di avere un rifiuto con minore quantità di impurezza. Ad ogni modo sembra accertato che l uso di plastiche compostabili contribuisca a sensibilizzare i cittadini ad una raccolta del materiale organico maggiormente mirata alla qualità del compost e alla riduzione degli scarti. E doveroso sottolineare che, sulla base di queste considerazioni, sembra fondamentale rivedere il processo di compostaggio industriale, pensando di differire il vaglio di raffinazione dopo un primo periodo di compostaggio, in modo che i BP (ed altri materiali compostabili) siano così in avanzata fase di decomposizione e non vengano conferiti in discarica. La Commissione Europea è molto attenta al tema della tossicità degli imballaggi stabilendo i limiti di cessione e i materiali utilizzabili (Dir. 89/109/CEE, 94/62/CE e successive integrazioni). E presumibile che in futuro il legislatore attiverà meccanismi atti ad incrementare l uso di imballaggi biodegradabili. L Irlanda nel 2002 ha imposto una tassa di 15 centesimi per ogni sacchetto per la spesa in plastica acquistato, riducendone di fatto il consumo del 90%, recuperando 12 milioni di euro l anno da destinare a fondi ambientali e incrementando il consenso dell opinione pubblica. Un emendamento ad una legge di orientamento agricolo, passato in prima lettura all unanimità al Parlamento francese l 11 ottobre 2005, stabilisce che dal 1 gennaio 2010 in Francia non potranno essere venduti o distribuiti sacchi e imballaggi in plastica non biodegradabile. Tale emendamento, che ha colto di sorpresa gli stessi produttori di BP, in Senato è stato rivisto riducendo l obbligo ai soli sacchetti di plastica, ma determinerà comunque un rapido sviluppo del mercato dei BP. L Italia, oltre ad aver vietato la commercializzazione di bastoncini per la pulizia delle orecchie non biodegra- 4

5 dabili (L. 93/2001 art. 19), con la finanziaria 2007 (commi ) ha seguito la stessa strada percorsa dalla Francia, vietando dal 2010 la commercializzazione di sacchi non biodegradabili per l'asporto delle merci che non rispondano entro tale data, ai criteri fissati dalla normativa comunitaria e dalle norme tecniche approvate a livello comunitario, riferendosi alla UNI EN D altronde i consumatori giudicano estremamente positiva la sostituzione degli imballaggi con BP e li considerano i prodotti da imballaggio maggiormente ecocompatibili ( secondo il 90% degli intervistati di un sondaggio svolto a Kassel). Per non perdere questo bollino virtuale sembra indispensabile puntare su prodotti effettivamente ecocompatibili (100% da materie prime rinnovabili, OGM-free, compostabili) e proporli con chiarezza e univocità mediante campagne di sensibilizzazione non solo ai consumatori, ma anche ai responsabili delle forniture delle mense aziendali, delle sagre paesane, della pubblica amministrazione (Green Public Procurement). Infine sembra importante sottolineare, come testimonia il caso francese, che uno sviluppo dei BP che comprenda l agricoltura (utilizzando colture dedicate per produrre BP da risorse rinnovabili e patti di filiera) può avvantaggiarsi dell interesse politico e dell opinione pubblica verso il mantenimento del territorio. Recentemente sono stati messi a punto e commercializzati additivi che favoriscono la disintegrabilità della plastica convenzionale; questo settore non riguarda però lo sviluppo dei biopolimeri da fonti rinnovabili e anzi potrebbe indirizzare la ricerca verso il miglioramento delle plastiche convenzionali, piuttosto che verso lo sviluppo di filiere agro-industriali. Scenari futuri per la ricerca Esiste una grande opportunità per la ricerca agroambientale su questi temi: una volta costituitosi il mercato dei biopolimeri, infatti, occorrerà migliorare la produzione di materia prima fornendo all industria materiali ambientalmente compatibili e meno costosi in modo da ridurre i costi dell intera filiera. In quest ottica, applicazioni interessanti per l industria dei biopolimeri potrebbero provenire, ad esempio, dalla ricerca sulle varietà di mais che producono amido ad alto contenuto di amilosio (o viceversa varietà waxi ad elevato contenuto di amilopectina). Come accennato, l amido per produrre bioplastiche potrebbe provenire anche da colture dedicate che richiedono minori input rispetto al mais, quali ad esempio sorgo zuccherino o patata, uno scenario possibile per la ricerca potrebbe perciò valutare l utilizzo di altre cultivar, evidenziando le differenze che questo comporterebbe nell analisi del ciclo di vita dei prodotti e sul costo di produzione. Altro settore di potenziale sviluppo della ricerca è l utilizzo di oli vegetali con precise caratteristiche biochimiche per la produzione di sostanze addittivanti necessarie nella fase di polimerizzazione, ovvero utili a migliorare le qualità del prodotto finale ad esempio in funzione surfattante o 5

6 plasticizzante. L acido lattico in quanto producibile con fermentazioni batteriche a partire da zucchero (e quindi da svariate fonti rinnovabili, comprese quelle a costo zero) sembra ad oggi essere la materia prima che offrirà maggiori possibilità di ricerca, sia nel campo dell approvvigionamento della materia prima, sia nel campo delle biotecnologie per la fermentazione batterica e sia in quello dell innovazione di processo. Interessanti prospettive potrebbe avere l utilizzo di lignina e cellulosa soprattutto quando la ricerca metterà a punto le tecniche di separazione ad opera di funghi e batteri. In realtà è molto difficile stabilire gli scenari futuri per la ricerca in un mercato così complesso e potenzialmente di dimensioni enormi, si pensi ad esempio ai possibili sviluppi in campo medicale o all esplosione della ricerca nel campo dei biocompositi nel caso venisse vietata la commercializzazione della lana di vetro. Sicuramente lo sviluppo dei BP potrà contribuire e trarre giovamento dallo sviluppo di bioraffinerie che prevedono lo sviluppo di materiali a partire da diverse colture o l utilizzo integrale delle colture per la realizzazione di diversi prodotti. In questo senso sembra auspicabile sostenere le potenziali sinergie tra questa filiera le altre della chimicaverde. 6

7 Soggetti di filiera per biopolmeri di origine vegetale (con particolare attenzione a Novamont e Natureworks) soggetti FORNITORI (relativamente ai produttori) PRODUTTORI TRASFORMATORI Primari Concorrenti Ditte sementiere per piante ad elevato contenuto di amido o destrosio Aziende agricole che producono mais o altre piante da cui si ricava amido Aziende agricole che producono mais o altre piante da cui si ricava destrosio Aziende che producono legno o cellulosa Aziende che producono oleaginose Aziende agricole che coltivano piante da cui non si ricava amido o destrosio Aziende che estraggono il petrolio Amiderie Aziende che trasformano il destrosio Concorrenti Aziende petrolchimiche TRASFORMATORI Secondari UTILIZZATORI Primari Concorrenti Aziende che sintetizzano i BP da sostanze prime rinnovabili Aziende che sintetizzano plastiche tradizionali derivate dal petrolio Aziende che sintetizzano bioplastiche da sostanze non rinnovabili Industria dell imballaggio Aziende che producono protesi biomedicali Aziende agricole (teli per pacciamatura) e florovivaistiche (vasi) Aziende costruttrici di materiali compositi rinforzati con fibre naturali Aziende tessili (BP per abbigliamento) o prodotti per l igiene personale Costruttori di pneumatici (BP per biofiller) Aziende di catering Concorrenti Aziende che utilizzano plastiche tradizionali UTILIZZATORI Secondari Aziende di compostaggio che raccolgono sacchetti in BP per la frazione organica Medici che innestano protesi biomedicali Ditte che utilizzano diversi tipi di BP per la produzione di un prodotto (es. pannolini) Aziende automobilistiche per l uso di compositi rinforzati con fibre naturali Confezionisti che utilizzano materiali contenenti BP Ditte che appaltano servizi ad esempio alla pubblica amministrazione 71

8 Concorrenti Le stesse imprese che utilizzano plastiche tradizionali soggetti DISTRIBUTORI soggetti CONSUMATORI soggetti che si occupano dello SMAL- TIMENTO PRODOTTI CONVENZIONALI relativi alla fase di TRASFORMAZIONE PRODOTTI SOSTITUTIVI (di origine vegetale) relativi alla fase di TRA- SFORMAZIONE PRODOTTI CONVENZIONALI relativi alla fase di UTILIZZO primario PRODOTTI SOSTITUTIVI (di origine vegetale) relativi alla fase di UTILIZZO primario Distribuzione all ingrosso (supermercati) Distribuzione al dettaglio (negozi) Distributori di biomateriali per le aziende Cittadini (imballaggi, piatti e bicchieri, shoppers, materiali compositi, abbigliamento, auto e pneumatici, su per-assorbenti) Agricoltori (teli per pacciamatura) Floricoltura (vasi) Pazienti (protesi bioplastiche) Consorzio Nazionale per la Raccolta, il Riciclaggio e il Recupero dei Rifiuti di Imballaggi in Plastica (CO REPLA). Fa parte di Conai. POLIECO - Consorzio per il riciclaggio dei beni in polietilene Associazione Italiana Ricostruttori Pneumatici AIRP Consorzio italiano compostatori (CIC) Petrolio Sostanze di sintesi Amido, destrosio,olio, legno, cellulosa Plastiche derivate da petrolio Materiali compositi che utilizzano fibre di vetro Diverse sostanze polimeriche brevettate provenienti da: amido (es. materbi), destrosio (es. PLA), legno o cellulosa Materiali compositi che utilizzano fibre naturali di origine vegetale 72