Ricerca sulle materie plastiche I punti di rottura programmati integrati rendono il polistirolo alternativo biodegradabile

Il polistirolo è una delle materie plastiche più importanti al mondo, ma finora è stato considerato poco sostenibile. La sua produzione si basa su materie prime fossili, richiede molta energia e il materiale viene raramente riciclato. Un gruppo di ricerca guidato dal Centro Helmholtz Hereon ha ora sviluppato un polistirolo alternativo che contiene materie prime rinnovabili, può essere prodotto in modo efficiente dal punto di vista energetico ed è biodegradabile.

Si trova negli imballaggi protettivi per televisori ed elettrodomestici, nelle modanature decorative e nei battiscopa per le finiture interne delle abitazioni, nonché nelle piastre di Petri. Il polistirolo è una delle materie plastiche più importanti al mondo. Ne vengono prodotte quasi 20 milioni di tonnellate all’anno. Il materiale è ricavato prevalentemente dal petrolio greggio ed è difficilmente riciclabile: il polistirolo nuovo di fabbrica è più economico, mentre i prodotti usati vengono per lo più inceneriti o smaltiti in discarica. Come altre materie plastiche, il polistirolo è difficilmente biodegradabile in natura.

I ricercatori hanno ora sviluppato un polistirolo più sostenibile. «I fattori legati alle materie prime biodegradabili, al consumo energetico e al riciclaggio rappresentano un grande passo avanti», afferma il dottorando Phannaro Nhem, che attualmente sta svolgendo il dottorato sotto la guida della prof.ssa Francesca Toma, direttrice dell’Istituto Hereon per i materiali funzionali per la sostenibilità. Al progetto hanno partecipato anche ricercatori dell’Università Tecnica del Brandeburgo di Cottbus-Senftenberg (BTU), dell’Università Libera di Berlino e dell’Università Helmut Schmidt di Amburgo.

50% di materie prime rinnovabili

Il polistirene disponibile in commercio viene prodotto facendo reagire tra loro le molecole di stirene fino a formare la plastica. In questo processo, le molecole di stirene si uniscono formando una catena stabile. Il recipiente in cui avviene la reazione deve essere riscaldato a tale scopo. Il team ha integrato le molecole di stirene con il composto chimico anidride itaconica, ottenibile tramite fermentazione da carboidrati vegetali come lo zucchero. Il polistirene contiene quindi circa il 50% di questa materia prima di origine biologica.

Anche il processo di produzione è diventato più efficiente dal punto di vista energetico: invece di recipienti di reazione riscaldati, i ricercatori hanno utilizzato le microonde come fonte di calore. «È come nella cucina di casa. Riscaldare il cibo sui fornelli richiede molto tempo e consuma molta energia. Le microonde sono più veloci», afferma Phannaro Nhem. «Finora la tecnologia a microonde non ha ancora trovato ampia diffusione nella sintesi dei polimeri», spiega Francesca Toma. «I nostri risultati dimostrano che potrebbe affermarsi come alternativa più efficiente dal punto di vista energetico per i processi di polimerizzazione controllata».

Punto di rottura predeterminato per il riciclaggio

Inoltre, il team ha utilizzato il composto dibenzo[c,e]ossepano-5-tione (DOT) come monomero, integrando così gruppi tioestere nel materiale. Questi elementi fungono, all’interno della rete polimerica, da punti di rottura programmati. Ciò consente in seguito di scomporre chimicamente il materiale in frammenti più piccoli. «A differenza del polistirolo convenzionale, la nostra variante si disgrega così in piccoli frammenti», spiega Nhem. Anche i batteri sarebbero in grado di metabolizzare i piccoli frammenti di polistirolo, cosa che non avviene con il polistirolo classico, dalla struttura compatta. «Il nuovo polimero è stato sviluppato secondo il principio del “Design-for-Degradation”, ovvero la degradazione controllata al termine del suo ciclo di vita», aggiunge Francesca Toma, «aprendo così al polistirolo la strada verso cicli chiusi dei materiali e verso l’economia circolare».