Biodegradabilità dei materiali
Patrizia Sadocco
[email protected]
+39 0223955307
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COMIECO: Shopper in carta: imballaggio biodegradabile e compostabile. Milano, 18 Giugno 2009.
Stazione Sperimentale Carta, Cartoni e Paste per Carta – SSCCP.
Rivolto all’intera filiera materiali cartari, includendo: cartiere,
trasformatori, utilizzatori, distribuzione, consumatori.
• Servizi analitici - consulenze.
• Ricerca applicata.
Laboratori SSCCP:
• Processo produttivo cartario.
• Qualità prodotto.
• Conformità degli imballaggi al contatto con alimenti.
• Ambiente.
• Biotecnologie.
• Microbiologia – microscopia
(compreso testing della biodegradabilità).
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COMIECO: Shopper in carta: imballaggio biodegradabile e compostabile. Milano, 18 Giugno 2009.
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Concetto di -Biodegradabilità-
Biodegradabilità dei Materiali:
Bio-degradazione nell’ambiente di materiali prodotti dall’uomo.
Bio-degradazione nell’ambiente:
Tutti i materiali sono potenzialmente “biodegradabili”,
È solo una questione di condizioni ambientali e tempo considerato,
..…oppure tempo che ci si può permettere.....
BIODEGRADABILITA’: concetto relativo!
Risoluzione dei comitati tecnici di standardizzazione:
Per materiali sintetici “prodotti dall’uomo” la biodegradabilità deve essere
dimostrata e riferita ad ambienti ben definiti e a tempi accettabili, garantendo
di evitare qualsiasi effetto dannoso/nocivo su organismi viventi e piante.
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Biodegradabilità: definizione ufficiale.
polimero
aerobico (+O2)
CO2 + H2O
+ biomassa e sali
minerali
microrganismi
anaerobico (-O2)
CH4 + CO2
Biodegradabilità ultima:
- COMPLETA degradazione di un composto chimico organico (polimero) ad opera di
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 prodotti dall’uomo.
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Materiali Biodegradabili……..
p
perché?
hé?
Biodegradabilità: proprietà funzionale
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Vantaggi: riduzione dell’impatto sull’ambiente per casi
ben specificati.
Alla fine del suo uso/applicazione il
manufatto può essere lasciato
nell’ambiente
nell
ambiente evitando i costi di raccolta
/ recupero.
Diretta applicazione
nell’ambiente (es.
suolo / acque)
Agricoltura.
Acquacultura.
Vantaggi ?
Gestione dei rifiuti:
manufatti a fine vita.
“rilascio intenzionale/accidentale”
Recupero organico:
- compostaggio,
Produzione di
compost / biogas
- digestione anaerobica.
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Materiali Biodegradabili, perché?
Vantaggi:
-Utili ed economiche applicazioni di manufatti
nell’ambiente
nell
ambiente (suolo, acqua) garantendo sostenibilità
ambientale.
-Utilizzo di vie di recupero organico dei rifiuti per lo
smaltimento dei manufatti a fine vita e produzione di
prodotti ad alto valore aggiunto quali compost e biogas.
Ril
Rilascio
i intenzionale
i t
i
l e/o
/ accidentale
id t l nell’ambiente.
ll’ bi t
Assolutamente da scongiurare in quanto perdita di
risorse e impatto evitabile sull’ambiente.
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La biodegradabilità dei materiali va dimostrata
con prove di laboratorio in ambienti e tempi
specifici.
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Determinazione della biodegradabilità: Test
di laboratorio ufficiali
Impianti di
compostaggio
Suolo
ISO 17556
ASTM D 5988
Biodegradabilità ultima:
EN14046; ASTM D5338;
ISO14855;
Disintegrazione: EN 14045;
EN14806; ISO20200; ISO16929.
Acque libere:
marine e acque
dolci
Materiali
Biodegradabili
ASTM D6691, D6692, D7021
Impianti
digestione
anaerobica
bi
ISO 14853-15985
ASTM D5511
Impianti di
trattamento acque
reflue
ISO 14851-14852, ASTM D5209
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Analisi della Biodegradabilità ultima / intrinseca di un materiale -
Il test analitico deve provare:
La capacità intrinseca dei microrganismi a immettere nei propri cicli
metabolici il materiale sottoposto ad analisi e cioè a riconoscerlo come
nutriente.
Di conseguenza:
I test analitici adottano condizioni di saggio che garantiscono un’attività
metabolica ottimale dei microrganismi:
- materiale polverizzato per aumentare la superficie di contatto,
- dispersione ottimale del materiale in un ambiente ad alta concentrazione
microbica,
-temperatura, umidità e presenza/assenza di ossigeno ottimali.
Misura di .....
Processi aerobici: produzione CO2 oppure consumo di O2
Processi anaerobici: produzione di CO2 e CH4.
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Biodegradabilità ultima in compost. Metodo di analisi: EN 14046,
ISO 14855
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Biodegradabilità ultima in compost. Metodo di analisi: EN 14046,
ISO 14855
Il test misura: la completa trasformazione del materiale in analisi in CO2 e
acqua.
Reattori da 3 litri.
Temperatura: 58°C
Campione macinato: (<1mm).
Campione miscelato con compost maturo
come fonte di batteri degradativi.
Areazione continua con aria umidificata
umidificata.
Prove in triplo.
Durata del test: 3 – 6 mesi.
Limite richiesto: ≥ 90 % degradazione a CO2 e acqua entro un max di 6 mesi.
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Biodegradabilità ultima in compost
100
% C conversion to CO2
80
CO2
O2
biodegradation curve
biodegradation degree 65%
60
Compost
& Test
Material
40
lag phase
lag-phase
20
degradation phase
plateau phase
0
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
44 time (d)
40
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Biodegradabilità in compost. Alcuni risultati….
115
105
95
85
75
65
55
45
35
25
15
5
-5
PLA SAMPLE. Food tray V. Biodegradability in compost
% biodegradability
% bi odegradability
PLA SAMPLE. Food tray A. Biodegradability in com pos t
0
10
20
30
40
days
50
60
70
115
105
95
85
75
65
55
45
35
2
25
15
5
-5
0
80
10
Avicel 1
Avicel 1
Avicel 2
Avicel 3
PLA_A1
PLA_A2
20
Avicel 2
30
40
Avicel 3
days
50
PLA_V1
60
70
PLA_V2
80
PLA_V3
PLA_A3
110, 00
100, 00
120
90, 00
100
70, 00
80
60, 00
50, 00
% BIODEG
% biodegradab
bil ity
80, 00
40, 00
30, 00
20, 00
60
40
20
10, 00
0
0, 00
0
10
20
30
40
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
DAYS
days
Reference Avicel 1
Reference Avicel 2
Reference Avicel 3
S tarch_B ased film_1
S tarch_B as ed film_2
Turning
Reference Avicel 1
Reference Avicel 2
Polyester_1
14
Polyester_2
Turning
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Biodegradabilità in compost. Alcuni risultati….
Biodegradability Plastic Bag
% biodegradazione
100
80
60
40
20
0
0
10
Avicel 1
20
30
Avicel 2
40
50
giorni
Avicel 3
60
70
Bag_1
80
90
Bag_2
Biodegrada bil ity Pla stic bag.
% biodegrad
dability
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
days
60
70
80
90
Avicel 1
Avicel 2
Avicel 3
Shopper_1
Shopper_2
10
20
30
40
100
Avicel 1
Avicel 2
Avicel 3
50
days
Bag_1
60
70
Bag_2
Bag_3
80
90
100
Turning
Shopper_3
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Biodegradabilità in compost. Shopper di carta.
Biodegradabilità del campione "Shopper in Carta"
100
90
% biodegradazione
% biodegradab
bility
Bi ode gra dability i n com post. Shopper
0
100
Bag_3
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
Avicel 1
Avicel 2
Avicel 3
Shopper Carta_2
Shopper Carta_3
Rimescolamento
40
giorni
50
Shopper Carta_1
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Test di biodegradabilità ultima in compost….
Concetto...
La biodegradabilità ultima dimostrata con il test di laboratorio non
implica necessariamente che il materiale sarà completamente
mineralizzato durante un ciclo del processo di compostaggio su
scala industriale.....
Ma serve a garantire che: qualsiasi residuo del manufatto rimasto
nel compost finale, dopo il processo industriale di compostaggio,
n n sii accumulerà
non
m l à n
nell suolo,
l ma
m avrà
à la
l potenzialità
p t n i lità intrinseca
int in
di
essere completamente biodegradato in un lasso di tempo
accettabile.
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Test di Biodegradabilità ultima in suolo, ISO 17556
Campione miscelato a suolo.
Condizioni aerobiche.
Temperatura: 20-28°C
Durata test: 6 – 12 mesi.
Biodegradability in soil of bioplastics
100
% biodegrad
dability
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
50
100
150
200
250
300
350
days
A1
A2
Avicel_1
Avicel_2
B1
B2
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Biodegradabilità in acqua. ISO 14851
Flusso aria
Flusso aria
Trappola H2O
Trappola H2O
Reattore
Trappola
CO2
B io d e g r a d a b ilit à in a m b ie n t e a c q u o s o
Temperatura: 20 – 28°C
Durata test: 1 mese
1 0 0 ,0 0
9 0 ,0 0
Biodegradabilità (%)
Campione disperso o
solubilizzato + inoculo a fanghi
attivi
8 0 ,0 0
7 0 ,0 0
6 0 ,0 0
5 0 ,0 0
4 0 ,0 0
3 0 ,0 0
2 0 ,0 0
1 0 ,0 0
0 ,0 0
Microrganismi: fanghi attivi
0
W M M _1
10
20
W M M _2
30
T e m p o ( g io r n i)
40
N a B e n z o a to _ 1
50
60
N a B e n z o a to _ 2
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Grazie dell’attenzione!
[email protected] - + 39 02 23955307
www sperimentalecarta it
www.sperimentalecarta.it
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