Che si stia parlando di componenti di automobili a base di pomodoro o di imballaggi derivanti dal guscio di crostacei, è evidente che nel futuro sempre più biomateriali entreranno a far parte dell’industria della plastica. Sebbene annunci come quello della Ford, che evidenzia una collaborazione con la compagnia Heinz atta ad esplorare le potenzialità del trattamento di scarti di pomodoro per rinforzare materiali polimerici, o ricerche come all’Istituto Wyss di Harward, concentrate sulla produzione di plastica derivante dall’estrazione di chitina da gusci di gamberi e proteine della seta, cerchino di garantirsi un posto in prima pagina, la realtà è che lo sviluppo di plastica a partire da materie prime rinnovabili si sta diffondendo rapidamente.
Il gruppo petrolchimico brasiliano Braskem per esempio, sta continuando ad aumentare la capacità produttiva di PE classe Green grazie al bio-etanolo derivato da zucchero di canna a circa 200.000 tonnellate all’anno nel solo impianto di polimerizzazione di Triunfo, in Brasile. Fra le più recenti produzioni basate su questo polimero si annoverano i tappi di plastica della catena Nomacorc e i prodotti TetraPak (tra le prime ad adottare il bio-polietilene). La maggior attrattiva che prodotti di questo genere possono esercitare sul consumatore è basata sull’impatto che possono avere sulle emissioni di diossido di carbonio. I dati relativi all’analisi del ciclo di vita di numerose aziende resi pubblici recentemente, hanno mostrato come il polietilene Green abbia un’influenza negativa sul diossido di carbonio riuscendo a ridurre, per ogni tonnellata di Green PE prodotto, 2.15Kg di CO2. Alexandre Elias, direttore della sezione prodotti chimici rinnovabili della Braskem, ha così espresso l’attuale politica aziendale: “L’industria dello zucchero di canna ha lavorato finora attraverso pratiche di sostenibilità ed è stato dimostrato come l’uso efficiente degli scarti, la generazione di energia rinnovabile e il sostenimento della biodiversità possano trasformarsi in grossi benefici per l’ambiente nella produzione di plastica verde”. Tuttavia, gli utili derivanti dalla tutela ambientale e il rallentamento del mercato Europeo eco-sostenibile, hanno impedito ulteriori sviluppi: “L’attuale tecnologia di produzione di Green PE è altamente costosa” continua Elias in una recente intervista, “dovrebbe essere considerato un prodotto di qualità superiore o non avrà alcun senso continuare su questa strada”.
Il grande sviluppo di Green PE potrà essere probabilmente intaccato dalla mancanza di disponibilità di PE a basso costo rilasciato dai nuovi impianti di polimerizzazione alimentati a scisto negli USA. Sempre secondo Elias, il mercato del nord America è sì attento all’eco-sostenibilità della produzione, ma è anche molto sensibile all’andamento dei prezzi. Riguardo al gas di scisto può confermare che “da inizio a una grossa sfida, può trasformarsi in un rallentamento del ritmo dei nuovi impianti”.
La sensibilità verso il prezzo
La sensibilità del mercato nei confronti dell’andamento dei costi è stato un fattore decisivo nella decisione della compagnia di non procedere con la costruzione di nuovi impianti per la produzione di Green PP per il momento. Mentre il direttore sostiene che ci siano maggiori opportunità nella vendita di prodotti di qualità superiore basati su Green PP, vista la complessità del processo chimico coinvolto rispetto al Green PE, e questo si rifletterebbe anche nel prezzo. L’azienda ha già una strada di sviluppo avviata verso il PP, creata in partnership con Novozymes, ma si sta concentrando anche su altre tecnologie a lungo termine che sembrerebbero essere più competitive sul mercato.
Il processo chiave nella produzione di polietilene da bio-etanolo, o su altre risorse, si basa sulla conversione di quest’ultimo in etilene.
Quest’anno, il gruppo petrolchimico francese Total ha annunciato l’introduzione di una nuova tecnologia di grossa efficacia nella riduzione dei costi sviluppata nel giro di due anni con la IFP Energies Nouvelles e la società sussidiaria Axens.
La tecnologia Atol produce bio-etilene per deidratazione del bio-etanolo usando un catalizzatore ad alta prestazione sviluppato dalla Total nel suo centro di ricerca a Feluy in Belgio. Importanti benefici derivanti da questa tecnologia includerebbero l’uso di un catalizzatore più robusto e di una purificazione più semplice che permetterebbe una diretta integrazione nelle catene di produzione di PE, PS, PET e ABS.
Nello scorso anno, l’azienda BP ha dato l’avvio ad un impianto pilota a Hull, UK, per dare dimostrazione della sua tecnologia Hummingbird di deidratazione dell’etanolo. Il processo, sviluppato all’interno del Technology Center della compagnia, viene presentato come una tecnologia di seconda generazione ultra selettiva che usa catalizzatori brevettati per raggiungere un’alta efficienza di conversione.
Sostenibilità certificata
Mentre lo sviluppo etanolo-etilene continua, l’azienda Sabic sta utilizzando un approccio differente con l’introduzione dei suoi primi prodotti rinnovabili a base di PE e PP. Invece di usare materie prime rinnovabili direttamente nell’impianto di polimerizzazione, l’approccio consiste nell’introdurle nella fase di cracking. Il contenuto rinnovabile nel polimero finale viene quindi certificato secondo il protocollo della ISCC (International Sustainability and Carbon Certification) che include un regime di tracciabilità e di calcolo della conservazione della massa (il contributo equivalente all’iniziale materia prima rinnovabile nel prodotto finale). L’azienda produrrà le sue classi di PE e PP rinnovabili nell’impianto di produzione di Geleen in Olanda utilizzando oli e grassi vegetali di scarto. La compagnia asserisce che nel sito di Geleen viene impiegato l’unico cracker in Europa in grado di gestire questi olii primari pesanti. Riguardo ciò, Mosaed Al-Ohali, vice presidente esecutivo della Sabic sostiene: “L’azienda si sta muovendo verso l’area dei poliolefini rinnovabili certificati secondo il bisogno dei nostri clienti che richiedono maggiormente soluzioni di imballaggio sostenibili in risposta alla domanda sia dei consumatori che delle regolamentazioni in vigore”.
L’azienda BASF sta sostenendo l’approccio basato sulla conservazione della massa. Il portavoce della società afferma che il concetto di conservazione della massa confermato da certificazione garantisce ai clienti che il volume di materia prima fossile opportuno è stato sostituito da materia prima rinnovabile per ogni prodotto acquistato. L’azienda chiarisce che: “La materia prima viene fisicamente introdotta nel sito di produzione ma non può essere rintracciabile o direttamente connessa ad un prodotto specifico data la complessità del sistema produttivo”. “Questo è il motivo per cui necessitavamo di un approccio basato su una locazione certificata delle risorse.” La BASF asserisce che l’approccio di conservazione della massa potrà essere applicato in linea di massima su tutti i suoi prodotti organici. L’azienda ha presentato la certificazione rinnovabile come opzione per i clienti Ultramid dell’industria manifatturiera di film all’Interpack show a Maggio. La certificazione di contributo rinnovabile da terza parte, che la compagnia descrive come uno degli standard di qualità più alti sulla rintracciabilità delle biomasse, viene rilasciata da Tuv Sud basandosi sul metodo di conservazione della massa e garantisce una solida copertura annuale. L’azienda sta anche lavorando in modo che il metodo di conservazione della massa venga standardizzato dalla CEN.
“Building blocks”
Gran parte del lavoro attuale si sta muovendo verso la sostituzione dei blocchi di base dell’industria polimerica con prodotti derivanti da risorse rinnovabili o biologiche. Questi prodotti chimici fondamentali includono acido succinico, acido adipico, butandiolo e furanici. Quest’anno, Succinity, a base di acido succinico, nata dalla collaborazione tra BASF e Corbion Purac, ha realizzato i primi utili dalla nuova struttura a 10.000 tonnellate l’anno a Montmelò in Spagna. L’impianto utilizza un tipo di fermentazione brevettata e tecnologie di processo di nuova generazione ed è acclarato che possa rilasciare un prodotto con un’impronta di diossido pari a 1 Kg di CO2/Kg rispetto a 2,6 KgCO2/Kg derivanti dai prodotti alternativi a base petrolchimica. Comunque, il direttore marketing e vendite della compagnia Markus Hummelsberger ha dichiarato ai delegati della conferenza AMI che per divenire prodotti di successo, i prodotti “bio-based” dovranno risultare in un valore aggiunto nell’applicazione finale oltre che un contenuto rinnovabile. La Reverdia, nata dalla collaborazione tra Il gruppo chimico Royal DSM e starch derivaters Roquette, sta producendo acido succinico “bio-based” su scala commerciale nell’impianto di Cassano Spinola in Italia a 10.000 tonnellate all’anno. Il presidente della Reverdia Marcel Lubben sostiene: “Da quando ci siamo trasformati da un’economia basata sui combustibili fossili ad una basata su risorse più sostenibili, tutti i produttori sono alla ricerca di soluzioni alternative”. L’azienda statunitense BioAmber sta premendo sull’acceleratore descrivendo a Sarnia 2015, in Canada, quello che secondo la compagnia potrà essere l’impianto più grande che utilizza acido succinico con circa 30.000 tonnellate all’anno. All’inizio dell’anno, la BioAmber ha firmato un contratto di 15 anni con la compagnia di sviluppo basata negli Stati Uniti Vinmar International per trasferire tutta la produzione di 1, 4 butandiolo (BDO) verso il nuovo impianto da 100.000 tonnellate all’anno da edificare in Sarnia. La compagnia intende produrre il BDO dal suo acido succinico biologico usando la tecnologia di catalizzazione DuPont e conferma che sarà molto competitivo a livello di costi rispetto ai prodotti petrolchimici.
Alternative al Polietilene Tereftalato
Lo scorso mese l’azienda Avantium ha ricevuto il finanziamento di 36milioni di euro complessivi da parte di Coca-Cola, Danone, Apla, e Swire Pacific per permettere il completamento della validazione industriale del suo primo impianto per la produzione di polietilene furanoato (PEF), che l’azienda declama come l’alternativa al 100% biologica del PET. Il CEO di Avantium sostiene: “Negli ultimi due anni abbiamo fatto grossi passi avanti. Nel nostro impianto pilota a Geleen (NL) stiamo già producendo il materiale ad una scala di 20 tonnellate ma ovviamente i nostri partner ne hanno bisogno in quantità maggiore per test tecnici e di mercato. Prodotto da acido furan-dicarbossilico e glicole mono-etilenico usando la tecnica YXY di Avantium, il PEF offre performance simili o addirittura migliori del PET ma producendo un impronta di carbonio nell’ambiente inferiore al 50-70%.
L’azienda Rennovia, ha prodotto le prime quantità campione del PA6,6 biologico al 100% quest’anno. Il polimero è stato prodotto dal acido adipico biologico Rennlon della compagnia e dal HMD (hexa-metilenidiamina), che la compagnia garantisce possa essere prodotto da glucosio naturale abbassando i costi del 25% rispetto alle produzioni da prodotti petrolchimici. Il gigante statunitense di prodotti agricoli Archer Daniel Midland (ADM), investitore nell’impresa di bioplastiche Metabolix, ha annunciato quest’anno di aver finanziato con 25milioni di dollari Rennovia. Ulteriore evidenza nell’interesse crescente dell’industria verso la cosiddetta “green chemistry” è dimostrato dall’apertura del primo impianto Matrica a Porto Torres. Altri due impianti stanno per essere costruiti sulla base della struttura da 180milioni di euro nata dalla congiunzione tra il gruppo chimico Versalis e l’impresa di bioplastica Novamont. Il progetto Matrica è nato nel 2011 con l’intento di creare una struttura che si basasse su una chimica “verde” esplorando le potenzialità dei materiali vegetali. Il primo impianto converte oli vegetali in monomeri e intermedi; i due impianti aggiuntivi permetteranno la produzione di oli per l’industria della gomma, bio-lubrificanti e plasticizzanti polimerici.
Poliammidi Rinnovabili
E’ immediato notare che, con tutti i nuovi investimenti nella fermentazione e nella chimica da materie prime, soprattutto nel settore delle poliammidi, i polimeri rinnovabili non sono una novità. Per prima, l’azienda Arkema ha introdotto nell’industria tessile un olio di ricino Rilsan PA11 rinnovabile al 100% già nel 1950 e ha dato il via ad un marketing delle proprie soluzioni tecnologiche sin dagli anni ’60. La compagnia poi ha esteso la sua industria del PA ad altre linee di prodotti. L’azienda ha usato lo stesso PA11 per creare la resina flessibile Rilsan HT e ha sviluppato nuove versioni dello stesso Rilsan PA usando olio di ricino. L’acquisizione dell’impresa cinese Hipro Polymers ha permesso lo sviluppo di alcuni additivi PA che offrono un contenuto rinnovabile al 45,62 e 100%.
La linea di prodotti rinnovabili biologici della DSM include l’ EcoPaXX, al 70% rinnovabile da olio di ricino e al 50% rinnovabile da co-poliestere termoplastico Arnitel Eco. L’azienda ha anche concluso che passerà al BDO per aumentare il contenuto rinnovabile del co-poliestere al 70%. La compagnia Evonik produce una serie di classi di PA rinnovabile sotto il nome di Vestamid Terra con un contenuto rinnovabile dal 45 al 100%. Lo scorso anno, l’azienda ha anche dichiarato l’apertura di un nuovo impianto in Slovacchia per la produzione di acido amino laurico biologico come alternativa al monomero ora usato per la linea Vestamid. La compagnia ha anche affermato che l’olio di guscio di palma rende il polimero PA al 100% rinnovabile con performance identiche alle classi petrolchimiche. Il polimero è stato testato con successo nelle applicazioni per tubature e la compagnia inizierà presto a consegnare alcuni prodotti test ai clienti.
*TRATTO DALL’ARTICOLO: Sustaining the polymer industry Injection world – July/August 2014 Traduzione e adattamento a cura di ing. Paola Ginestra
