I compound che vengono dal mare

L’incertezza sul futuro del clima, l’utilizzo oculato ma efficiente delle risorse, la riduzione al minimo dei rifiuti, la crescita sostenibile e la competitività economica associati a una visione e a una consapevolezza a lungo termine, sono solo alcune delle sfide che attendono l’umanità in questo periodo della sua storia.

Nel marzo 2020 la Commissione Europea ha adottato il nuovo piano d’azione per l’economia circolare (CEAP), uno dei principali elementi costitutivi del Green Deal europeo, che mira a raggiungere la neutralità climatica (emissioni di gas serra a zero) entro il 2050. È necessario quindi promuovere e investire su una crescita sostenibile in grado di ridurre al minimo gli sprechi, aumentare l’efficienza delle risorse, arrestare la perdita di biodiversità, e inoltre favorire l’attuazione di processi di economia circolare, la valorizzazione delle risorse e la riduzione della produzione di rifiuti. In particolare, la direttiva quadro sui rifiuti [1] introduce un ordine di preferenza per la gestione dei rifiuti denominato modello di “gerarchia dei rifiuti” al fine di minimizzarli attraverso il recupero di composti ad alto valore aggiunto, ancora presenti, e la fabbricazione di prodotti innovativi ed ecocompatibili (fase “Riciclo” della gerarchia piramidale in Figura 1).

Al contrario, l’incenerimento dei rifiuti (“Recupero”) e lo “Smaltimento” in discarica dovrebbero essere considerati l’ultima scelta o evitati.

Transizione verso l’economia circolare

Per soddisfare questa ambizione, è fondamentale accelerare la transizione da un modello di economia lineare a uno di economia circolare basato sulla produzione sostenibile di beni, sulla riduzione dei rifiuti e delle emissioni di gas serra (GHG) e sul coinvolgimento dei cittadini e delle industrie per lo sviluppo di una cultura basata sul riutilizzo e sul riciclo. Ciò potrà essere vantaggioso non solo da un punto di vista ambientale, ma anche economico e sociale. In effetti, questa transizione offre nuove opportunità grazie alla creazione di nuove imprese e alla diffusione di prodotti e servizi più sostenibili.

Tuttavia, il progresso di questa sfida multiforme, ma necessaria per il nostro futuro, richiede ancora molto lavoro, con la scelta di approcci e soluzioni differenti a seconda della singola criticità o processo considerato. Uno dei principali problemi che la tecnologia deve e dovrà affrontare nel prossimo futuro, riguarda la produzione e la gestione della plastica. Il problema è molto complesso anche a causa dell’enorme produzione, dell’utilizzo e dello smaltimento globale non corretto di questo materiale.

Il riciclo dei materiali polimerici, l’utilizzo di biopolimeri, la gestione degli scarti e la difficoltà nel reperimento dei tradizionali polimeri vergini nel mercato sono solo alcuni aspetti del problema. Ad oggi molte risposte su un utilizzo sostenibile della plastica passano per scelte di eco-progettazione dei materiali che puntano all’utilizzo di polimeri prodotti da materia prima da fonte rinnovabile o alla possibilità di riciclare a fine vita il manufatto polimerico.

Un’ulteriore opportunità nasce dalla possibilità di aggiungere alla plastica degli additivi anch’essi da fonte rinnovabile finanche materiali ad oggi visti come waste. Molti oggetti in plastica infatti sono frutto della miscelazione tra polimeri termoplastici e filler di varia natura anche in concentrazioni tutt’altro che ridotte (carbonati di calcio, talco, caolino, generalmente estratti da cava). Se tali filler vengono invece recuperati da scarti si può innescare, nella produzione di compound polimerici, un meccanismo doppiamente virtuoso che, oltre a garantire un minor uso di polimero, permette di dare un contributo alla riduzione dell’impatto ambientale grazie alla scelta di un filler rinnovabile.

Biofiller dalla filiera ittica

Nella galassia dei filler rinnovabili, particolare attenzione merita una classe di biofiller inorganici derivanti da un rifiuto della filiera ittica: il guscio del mitile.
La produzione di scarti derivanti dall’imponente consumo di prodotti ittici, la loro gestione come rifiuto, in particolare la fornitura, lo stoccaggio e la discarica di rifiuti di pesce, crostacei e molluschi, rappresentano un problema di non facile soluzione.

In questo contesto, una delle sfide ambientali più difficili da risolvere è rappresentata dai rifiuti di conchiglie (SSW – seashell waste). Considerati per la maggior parte inutili e scaricati su terreni bonificati o nelle acque costiere, inibiscono o ostacolano l’allevamento del mitile (riducendo l’efficienza della molluschicoltura), diminuiscono la qualità delle acque e contribuiscono al degrado degli ambienti locali anche nelle zone fluviali.

I SSW sono composti per il 95% da carbonato di calcio. Il resto è materia organica come glicoproteine, polisaccaridi, glicosamminoglicani e chitina. Il CaCO3, solitamente estratto da miniere e cave, è ampiamente utilizzato come additivo nella composizione di compound polimerici per ridurre i costi dei manufatti e in alcuni casi per aumentare il modulo elastico e la resistenza.
In particolare, il CaCO3 viene utilizzato come additivo del polipropilene (PP). Il PP è uno dei materiali termoplastici più comunemente usati al mondo e viene usato negli imballaggi in plastica, nelle componenti in plastica di auto e persino nelle fibre e tessuti.

Il gruppo di ricerca

Un gruppo di ricerca multidisciplinare formato da uno studio professionale sulla Scienza Macromolecolare Applicata, un gruppo di ricerca dell’Università Cà Foscari di Venezia- Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Consorzi ittici (il Consorzio Molluschicoltori Veneti e Rete Po di Levante), un azienda che si occupa di estrusione di profili termoplastici e uno studio di consulenza finanziaria, sta guidando un ambizioso progetto mirato alla produzione di manufatti polimerici additivati di questo speciale biofiller rinnovabile. Il CaCO3 prodotto dalla macinazione del guscio del mitile è stato ampiamente studiato dal team di Ca’ Foscari portando ad interessanti risultati.

È stato infatti evidenziato che il CaCO3 cristallino ottenuto dalle conchiglie (ad esempio cozze o vongole) presenta una particolare struttura cristallina, che può influenzare le proprietà finali del compound polimerico con effetti non ancora completamente indagati. Il CaCO3 forma tre diversi polimorfi: calcite, aragonite e vaterite. Da minerali generalmente viene ottenuta la calcite, mentre le polveri ottenute dalla macinazione di SSW possono contenere anche o solo, a seconda del mollusco di origine, aragonite. Il reticolo cristallino dell’aragonite differisce da quello della calcite, determinando una diversa forma cristallina ortorombica con cristallo aciculare: questa morfologia ha già dimostrato un effetto positivo sulle proprietà meccaniche del compound e derivate dall’esposizione alla luce solare [3]. Un’altra ricerca ha evidenziato che il CaCO3 biogenico può migliorare la rigidità di un polimero: studiando i meccanismi di rafforzamento nei singoli cristalli di calcite dai gusci dei molluschi, ha evidenziato che il modulo di indentazione di deformazione semplice di questa forma cristallina può raggiungere valori di circa 75 GPa.

Il team sopradescritto ha lavorato alla generazione di compound polimerici sia su base PP sia su base biopolimerica additivati con SSW che offrono la possibilità di produrre svariati tipi di manufatti con le consolidate tecnologie di trasformazione secondaria della plastica, quali stampaggio ad iniezione, termoformatura, filmatura, stampaggio rotazionale eccetera.

La molluschicoltura del Delta del Po

Tali polveri provenienti da SSW sono state prodotte partendo da gusci recuperati da un’area ad ampia vocazione di molluschicoltura come l’area del Delta del Po, ben rappresentata dal Consorzio Molluschicoltori Veneti e Rete Po di Levante. Si sono perciò prodotti dei compound totalmente “made in Italy” dove l’ingegnerizzazione del materiale e la provenienza del filler hanno sede in un’area compresa tra le province di Venezia e Rovigo.

Il team ha scelto di conferire al filler da SSW anche un trademark depositato in Euipo (Ufficio dell’Unione Europea per la proprietà intellettuale): Circular Venice a testimonianza del percorso che tale materiale vuole intraprendere nel mercato delle materie plastiche e non solo. L’area del Delta del Po rappresenta una delle aree a più alta vocazione di molluschicoltura d’Europa e perciò, anche in termini di generazione di questo particolare waste, risulta altamente rappresentativa. È chiaro che tale approccio può facilmente essere replicabile in altre aree d’Europa e del mondo offrendo una sostenibile soluzione all’annoso problema correlato a questo particolare rifiuto rappresentato dal guscio di mitile e dando alla plastica un’opportunità di trasformarsi in materiale collettore di sostenibilità.

Referenze
[1] European Commission, Directive (EU) 2018/851 of the European Parliament and of the Council of 30 May 2018 amending Directive 2008/98/EC on waste (Text with EEA relevance), Off. J. Eur. Union. (2018) 109–140
[2] Sustainability 2021, 13, 4661
[3] European Polymer Journal 2022, 162, 110877