Biodegradabilità dei materiali per imballaggio Normativa di riferimento e metodi di test. PhD Elena Fortunati

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1 Biodegradabilità dei materiali per imballaggio Normativa di riferimento e metodi di test PhD Elena Fortunati

2 Definizione Ufficiale Biodegradabilità Biodegradabilità ultima: COMPLETA degradazione di un composto chimico organico (polimero) ad opera microrganismi in presenza di ossigeno ad: anidride carbonica, acqua e sali minerali (mineralizzazione) e nuova biomassa oppure in assenza di ossigeno ad: anidride carbonica, metano, sali minerali e nuova biomassa Obiettivo biodegradabilità ultima dei materiali: Garantire impatti ambientali sostenibili dei materiali biodegradabili prodotti dall uomo rispetto le generazioni presenti e future: Evitare l accumulo nell ambiente dei residui di materiali sintetici.

3 Materiali Biodegradabili.. perché? Biodegradabilità: non proprietà assoluta ma funzionale

4 Vantaggi: garanzia di assenza di impatto sull ambiente dei manufatti nel caso di specifiche o vie di smaltimento rifiuti.

5 La biodegradabilità dei materiali va dimostrata con prove di laboratorio in ambienti e tempi specifici.

6 Determinazione della biodegradabilità: Test di laboratorio ufficiali

7 La norma EN La norma europea EN "Imballaggi - Requisiti per imballaggi recuperabili mediante compostaggio e biodegradazione - Schema di prova e criteri di valutazione per l'accettazione finale degli imballaggi" riguarda tutte le tipologie di materiali e di imballaggi per qualsiasi tipo di prodotto. Essa specifica i requisiti e le procedure per determinare la possibilità di compostaggio e di trattamento degli imballaggi e dei materiali che costituiscono l'imballaggio attraverso la valutazione di quattro caratteristiche salienti: 1) la biodegradabilità 2) la disintegrazione durante il trattamento biologico 3) l ecotossicità 4) la qualità del compost risultante Destino di un contenitore compostabile

8 La norma EN ) La biodegradabilità è la conversione metabolica del materiale compostabile in anidride carbonica. Questa proprietà è misurata con un metodo di prova standard: metodo EN Il livello di accettazione è pari al 90% da raggiungere entro 6 mesi. 2) La disintegrabilità è la frammentazione e perdita di visibilità nel compost finale (assenza di contaminazione visiva). Viene misurata con una prova di compostaggio su scala pilota (EN 14045). Campioni del materiale di prova sono compostati insieme con rifiuti organici per 3 mesi al termine dei quali il compost viene fatto passare attraverso un vaglio di 2 mm. La massa dei residui del materiale di prova con dimensioni > 2 mm deve essere inferiore al 10% della massa iniziale. 3) L assenza di effetti negativi sul processo di compostaggio è verificata con una prova di compostaggio su scala pilota. 4) Qualità del compost: il compost deve contenere livelli minimi di metalli pesanti (al di sotto di valori predefiniti) e non deve presentare effetti negativi (ad esempio: riduzione del valore agronomico o presenza di effetti ecotossicologici sulla crescita delle piante). Al fine di determinare la qualità del compost, una prova di crescita delle piante è eseguita su campioni di compost in cui è avvenuta la degradazione del materiale di prova. Non si deve evidenziare nessuna differenza di crescita rispetto ad un compost di controllo. Esistono infine altri parametri chimico-fisici che non devono cambiare dopo la degradazione del materiale in studio: ph; contenuto salino; solidi volatili; N; P; Mg; K.

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21 IL RECUPERO DEI BIOPOLIMERI NELLA FILIERA DEL COMPOSTAGGIO: STATO DELL ARTE, CARATTERISTICHE TECNICHE IDONEE AL PROCESSO DI TRASFORMAZIONE E CERTIFICAZIONE DEI MANUFATTI

22 La presenza delle plastiche tradizionali nella frazione organica della raccolta differenziata rappresenta un problema per il settore del compostaggio in quanto compromette la qualità degli ammendanti e aumenta i costi di gestione del trattamento (raffinazione del compost e smaltimento degli scarti). È recente l introduzione sul mercato di manufatti e imballaggi costituiti da materiali compostabili che in post consumo, se inseriti nella filiera del recupero degli scarti organici, si degradano completamente, consentendo l ottenimento di un compost di alta qualità e la riduzione degli scarti da smaltire in discarica. Con l obiettivo di valorizzare i materiali realizzati a partire da biopolimeri (amido o cellulosa) e di ottenere ammendante di qualità il Consorzio Italiano Compostatori ha recentemente introdotto un programma di certificazione sulla compostabilità che si concretizza con il rilascio di un marchio: il Compostabile CIC.

23 Compostabile CIC Il Marchio identifica e certifica tutti quei manufatti che si decompongono naturalmente nel processo di compostaggio e che presentano caratteristiche ben definite di biodegradabilità e disintegrabilità, stabilite da standard europei (UNI EN 13432:2002). Il Marchio Compostabile CIC rappresenta quindi uno strumento di qualità utilizzabile da tutti gli operatori del settore che condividono una scelta sostenibile: partendo dai produttori di manufatti compostabili, passando ai consumatori finali che prediligono il consumo di materiali riciclabili, fino ai compostatori che riducono sia gli scarti che i costi di lavorazione garantendo maggiore efficienza e qualità alla filiera. Logo del marchio compostabile CIC Il Marchio è nazionale e si allinea ad alcune etichette (OK COMPOST, COMPOSTABLE) già presenti in altri paesi Europei come ad esempio, Francia, Belgio, Germania, Svizzera, Olanda, Polonia e la Gran Bretagna.

24 CHI CERTIFICA UN MATERIALE COMPOSTABILE? Le necessità di aumentare la qualità della raccolta differenziata e di diminuire le quantità degli scarti (plastiche tradizionali e altri materiali inerti come vetro e metalli) prodotti al termine di un processo di compostaggio, ha perciò indirizzato il Consorzio Italiano Compostatori, verso la creazione di uno strumento di identificazione: il Marchio Compostabile CIC. Il marchio è rilasciato alle aziende produttrici di manufatti biodegradabili che ne fanno richiesta, solamente dopo averli sottoposti ad un esame accurato che ne accerti la disintegrazione attraverso un test condotto su scala reale. Certiquality, Ente certificatore accreditato dal SINCERT, dopo aver eseguito le verifiche documentali e aver analizzato l esito del test eseguito sui prodotti, comunica al CIC l esito delle. Successivamente, in presenza di risultati positivi, il CIC dispone l assegnazione all azienda della licenza d uso del Marchio Compostabile CIC.

25 Il sistema di certificazione a Marchio dei manufatti biodegradabili e compostabili si basa su un test che il CIC ha sviluppato a partire dalle indicazioni presenti nella norma europea UNI EN Il tutto è stato messo a punto dopo un articolata attività sperimentale eseguita con prove condotte su scala reale e sulla scorta dei risultati ottenuti da alcuni campioni di manufatti biodegradabili come i sacchi per la raccolta differenziata, shoppers e oggetti per il catering, controllando l evoluzione della disintegrazione durante e al termine di un ciclo di compostaggio. Nello specifico il CIC si è impegnato ad implementare lo standard di riferimento per l esecuzione del test di disintegrabilità della norma EN 14045:2003, adattando il procedimento di esecuzione su un sistema a scala reale per meglio sfruttare le condizioni di compostaggio industriale. Tutti gli standard di riferimento per il Marchio sono rappresentati dalle norme UNI EN elencate nella tabella 3.

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27 I VANTAGGI DEL MARCHIO COMPOSTABILE CIC Chi produce manufatti biodegradabili certificati CIC può promuoverli ed immetterli sul mercato come effettivamente riciclabili al 100%. Il marchio è rivolto oltre a chi commercializza direttamente i manufatti biodegradabili anche ai produttori di materie prime biodegradabili che sottoponendo al test un cosiddetto semilavorato ottengono il rilascio del marchio di certificazione Compostabile CIC sottoforma di attestato, con riferimento esplicito alla materia prima e allo spessore che caratterizza il semilavorato. In questo caso il produttore di materia prima può dimostrare l idoneità del proprio materiale alla produzione di manufatti che possono concorrere all ottenimento del medesimo Marchio. Il compostatore ha la sicurezza di poter trattare i prodotti certificati e garantiti dal CIC senza dover ricorrere a specifici trattamenti di cernita e vagliatura, riducendo i costi di smaltimento delle impurità, potrà offrire ai conferitori di rifiuti delle condizioni economiche vantaggiose. Gli agricoltori possono riconoscere con facilità prodotti come i teli applicati per la pacciamatura siano effettivamente in grado di decomporsi naturalmente a fine stagione sul suolo senza richiedere interventi di raccolta e i costi di smaltimento.

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29 Biodegradabilità dei materiali per imballaggio Normativa di riferimento e metodi di test CASO PRATICO: ISO 20200

30 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. La norma specifica un metodo per la determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche quando esposte ad un ambiente di compostaggio riprodotto in scala in laboratorio. Il metodo non è applicabile alla determinazione della biodegradabilità delle materie plastiche in condizioni di compostaggio. Parameters: Temperature: 58 C Sample size: 15x15x2mm 3 Synthetic biowaste water content: 50%wt. Aerobic conditions

31 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. COMPOSIZIONE DEL TERRENO DI COMPOSTAGGIO Materiali Massa (%) Segatura 40 Mangime per conigli 30 Amido di mais 10 Compost 10 Zucchero 5 Olio di semi di girasole 4 Urea 1 Totale 100

32 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. DIMENSIONE DEI CAMPIONI UTILIZZATI Spessore Materiali Dimensione dei Campioni (mm) < 5mm 25 x 25 x spessore originale > 5mm 15 x 15 x spessore (5-15mm)

33 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio.

34 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. MATURAZIONE TERRENO

35 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. CARATTERIZZAZIONI Disintegrazione percentuale Foto dei campioni a diversi tempi di degradazione Immagini FESEM Caratterizzazione termica: (TGA, DSC) Caratterizzazione fisico-chimica: (FT-IR)

36 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. CALCOLO DEL GRADO DI DISINTEGRAZIONE m i = massa iniziale del campione m r = massa secca del campione estratto ad un determinato tempo t

37 PLA nanocomposites Sistemi Prodotti PLA: matrice polimerica Ag : 0.5 %wt. or 1 %wt. Cellulosa: 1%wt.

38 La norma UNI EN ISO Determinazione del grado di disintegrazione delle materie plastiche in condizioni di compostaggio simulate in una prova in scala di laboratorio. MATURAZIONE TERRENO

39 La norma UNI EN ISO Nanocompositi di PLA: osservazione campioni Start Day 1 Day 3 Day 7 Day 10 Day 15 Day 28 PLA PLA/0.5Ag PLA/1Ag PLA/1sCNC/0.5Ag PLA/1sCNC/1Ag

40 Nanocompositi di PLA: disintegrazione

41 Nanocompositi di PLA: immagini FESEM

42 Effect of ethylene-co-vinyl acetate-glycidylmethacrylate (EVA- GMA)and cellulose microfibers on the thermal, rheological and biodegradation properties of poly(lactic acid) based systems Sistemi Prodotti PLA: matrice polimerica Sistemi Binari : EVA-GMA/CF PLA/CF PLA/EVA-GMA Sistema ternario: PLA/EVA-GMA/CF

43 Nanocompositi : osservazione campioni

44 Nanocompositi: disintegrazione

45 Nanocompositi: immagini FESEM

46 La norma UNI EN ISO TEST SUL COMPOST Compost Inoculum Synthetic biowaste (after 60 days) Total Solids a (TS %) Organic Carbon (% on TS) Volatile Solids b (% on TS) Ash (% on TS) ph 7.9± ±0.2 a The amount of solids obtained by taking a known volume of compost and drying at about 105 C for 18h. b The amount of solids obtained by subtracting the residue of known volume of compost after incineration at about 650 C for 8h.

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