E se i compositi in polimero rinforzato con fibra di vetro (GFRP) potessero essere compostati al termine del loro ciclo di vita, oltre a garantire decenni di comprovati benefici in termini di riduzione del peso, resistenza e rigidità, resistenza alla corrosione e durata? Questo, in sintesi, è il fascino della tecnologia di ABM Composite.
Vetro bioattivo, fibre ad alta resistenza
Fondata nel 2014, Arctic Biomaterials Oy (Tampere, Finlandia) ha sviluppato una fibra di vetro biodegradabile ricavata dal cosiddetto vetro bioattivo, che Ari Rosling, direttore R&S di ABM Composite, descrive come "una formulazione speciale sviluppata negli anni '60 che permette al vetro di degradarsi in condizioni fisiologiche. Una volta introdotto nell'organismo, il vetro si scompone nei suoi sali minerali costituenti, rilasciando sodio, magnesio, fosfati, ecc., creando così una condizione che stimola la crescita ossea".
“Ha proprietà simili afibra di vetro senza alcali (vetro E)." Rosling ha affermato: "Ma questo vetro bioattivo è difficile da produrre e trasformare in fibre, e finora è stato utilizzato solo come polvere o stucco. Per quanto ne sappiamo, ABM Composite è stata la prima azienda a produrne fibre di vetro ad alta resistenza su scala industriale, e ora stiamo utilizzando queste fibre di vetro ArcBiox X4/5 per rinforzare vari tipi di plastica, inclusi i polimeri biodegradabili".
Impianti medici
La regione di Tampere, due ore a nord di Helsinki, in Finlandia, è un centro per i polimeri biodegradabili di origine biologica per applicazioni mediche fin dagli anni '80. Rosling racconta: "Uno dei primi impianti disponibili in commercio realizzati con questi materiali è stato prodotto a Tampere, ed è così che è nata ABM Composite!, che ora è la nostra divisione medicale".
"Esistono molti polimeri biodegradabili e bioassorbibili per gli impianti", continua, "ma le loro proprietà meccaniche sono ben lontane da quelle dell'osso naturale. Siamo stati in grado di migliorare questi polimeri biodegradabili per conferire all'impianto la stessa resistenza dell'osso naturale". Rosling ha osservato che le fibre di vetro ArcBiox di grado medicale con l'aggiunta di ABM possono migliorare le proprietà meccaniche dei polimeri PLLA biodegradabili dal 200% al 500%.
Di conseguenza, gli impianti di ABM Composite offrono prestazioni superiori rispetto agli impianti realizzati con polimeri non rinforzati, pur essendo bioassorbibili e promuovendo la formazione e la crescita ossea. ABM Composite utilizza inoltre tecniche di posizionamento automatizzato di fibre/filamenti per garantire un orientamento ottimale delle fibre, inclusa la posa delle fibre lungo l'intera lunghezza dell'impianto e il posizionamento di fibre aggiuntive in punti potenzialmente deboli.
Applicazioni domestiche e tecniche
Con la sua crescente divisione medicale, ABM Composite riconosce che i polimeri di origine biologica e biodegradabili possono essere utilizzati anche per utensili da cucina, posate e altri articoli per la casa. "Questi polimeri biodegradabili hanno in genere proprietà meccaniche scadenti rispetto alle plastiche a base di petrolio", ha affermato Rosling, "ma possiamo rinforzare questi materiali con le nostre fibre di vetro biodegradabili, rendendoli praticamente una valida alternativa alle plastiche commerciali a base fossile per un'ampia gamma di applicazioni tecniche".
Di conseguenza, ABM Composite ha ampliato la sua unità operativa tecnica, che ora impiega 60 persone. "Offriamo soluzioni di fine vita (EOL) più sostenibili". Rosling afferma: "La nostra proposta di valore è quella di immettere questi compositi biodegradabili in impianti di compostaggio industriale, dove si trasformano in terreno". Il vetro E tradizionale è inerte e non si degrada in questi impianti di compostaggio.
Compositi in fibra ArcBiox
ABM Composite ha sviluppato varie forme di fibre di vetro ArcBiox X4/5 per applicazioni composite, dafibre cortee composti per stampaggio a iniezione perfibre continuePer processi come lo stampaggio tessile e la pultrusione. La gamma ArcBiox BSGF combina fibre di vetro biodegradabili con resine poliestere di origine biologica ed è disponibile in gradi per applicazioni generiche e gradi ArcBiox 5 approvati per l'uso in applicazioni a contatto con gli alimenti.
ABM Composite ha anche studiato una varietà di polimeri biodegradabili e di origine biologica, tra cui acido polilattico (PLA), PLLA e succinato di polibutilene (PBS). Il diagramma seguente mostra come le fibre di vetro X4/5 possano migliorare le prestazioni e competere con i polimeri rinforzati con fibra di vetro standard come il polipropilene (PP) e persino la poliammide 6 (PA6).
ABM Composite ha anche studiato una varietà di polimeri biodegradabili e di origine biologica, tra cui acido polilattico (PLA), PLLA e succinato di polibutilene (PBS). Il diagramma seguente mostra come le fibre di vetro X4/5 possano migliorare le prestazioni e competere con i polimeri rinforzati con fibra di vetro standard come il polipropilene (PP) e persino la poliammide 6 (PA6).
Durata e compostabilità
Se questi compositi sono biodegradabili, quanto dureranno? "Le nostre fibre di vetro X4/5 non si dissolvono in cinque minuti o durante la notte come lo zucchero, e sebbene le loro proprietà si degradino nel tempo, non saranno così evidenti". Rosling afferma: "Per degradarsi efficacemente, abbiamo bisogno di temperature e umidità elevate per lunghi periodi di tempo, come si riscontra in vivo o nelle pile di compost industriali. Ad esempio, abbiamo testato tazze e ciotole realizzate con il nostro materiale ArcBiox BSGF, che hanno resistito fino a 200 cicli di lavaggio in lavastoviglie senza perdere funzionalità. Si verifica un certo degrado delle proprietà meccaniche, ma non al punto da rendere le tazze pericolose da usare".
Tuttavia, è importante che questi compositi, una volta smaltiti al termine della loro vita utile, soddisfino i requisiti standard necessari per il compostaggio, e ABM Composite ha condotto una serie di test per dimostrarne la conformità. "Secondo gli standard ISO (per il compostaggio industriale), la biodegradazione dovrebbe avvenire entro 6 mesi e la decomposizione entro 3 mesi/90 giorni". Rosling afferma: "La decomposizione consiste nell'inserire il campione/prodotto di prova nella biomassa o nel compost. Dopo 90 giorni, il tecnico esamina la biomassa utilizzando un setaccio. Dopo 12 settimane, almeno il 90% del prodotto dovrebbe essere in grado di passare attraverso un setaccio da 2 mm x 2 mm".
La biodegradazione viene determinata macinando il materiale vergine in polvere e misurando la quantità totale di CO2 rilasciata dopo 90 giorni. Questo valuta la quantità di carbonio presente nel processo di compostaggio che viene convertita in acqua, biomassa e CO2. "Per superare il test del compostaggio industriale, è necessario raggiungere il 90% del 100% di CO2 teorico del processo di compostaggio (in base al contenuto di carbonio)".
Rosling afferma che ABM Composite ha soddisfatto i requisiti di decomposizione e biodegradazione, e i test hanno dimostrato che l'aggiunta della fibra di vetro X4 ne migliora effettivamente la biodegradabilità (vedi tabella sopra), che, ad esempio, è solo del 78% per una miscela di PLA non rinforzata. Spiega: "Tuttavia, aggiungendo le nostre fibre di vetro biodegradabili al 30%, la biodegradazione è aumentata al 94%, mentre i tassi di degradazione sono rimasti buoni".
Di conseguenza, ABM Composite ha dimostrato che i suoi materiali possono essere certificati come compostabili secondo la norma EN 13432. I test superati finora dai suoi materiali includono la norma ISO 14855-1 per la biodegradabilità aerobica finale dei materiali in condizioni di compostaggio controllato, la norma ISO 16929 per la decomposizione aerobica controllata, la norma ISO DIN EN 13432 per i requisiti chimici e la norma OCSE 208 per i test di fitotossicità, la norma ISO DIN EN 13432.
CO2 rilasciata durante il compostaggio
Durante il compostaggio, viene effettivamente rilasciata CO2, ma una parte rimane nel terreno e viene poi utilizzata dalle piante. Il compostaggio è stato studiato per decenni, sia come processo industriale che come processo di post-compostaggio che rilascia meno CO2 rispetto ad altre alternative di smaltimento dei rifiuti, ed è ancora considerato un processo ecologico e di riduzione dell'impronta di carbonio.
L'ecotossicità consiste nel testare la biomassa prodotta durante il processo di compostaggio e le piante coltivate con tale biomassa. "Questo per garantire che il compostaggio di questi prodotti non danneggi le piante in crescita", ha affermato Rosling. Inoltre, ABM Composite ha dimostrato che i suoi materiali soddisfano i requisiti di biodegradazione in condizioni di compostaggio domestico, che richiedono anch'essi una biodegradazione del 90%, ma in un periodo di 12 mesi, rispetto a un periodo più breve per il compostaggio industriale.
Applicazioni industriali, produzione, costi e crescita futura
I materiali di ABM Composite sono utilizzati in numerose applicazioni commerciali, ma non è possibile rivelare ulteriori dettagli a causa di accordi di riservatezza. "Ordiniamo i nostri materiali per applicazioni come tazze, piattini, piatti, posate e contenitori per alimenti", afferma Rosling, "ma vengono utilizzati anche come alternativa alle plastiche a base di petrolio nei contenitori per cosmetici e nei grandi articoli per la casa. Più recentemente, i nostri materiali sono stati selezionati per la produzione di componenti in grandi impianti di macchinari industriali che devono essere sostituiti ogni 2-12 settimane. Queste aziende hanno riconosciuto che, utilizzando il nostro rinforzo in fibra di vetro X4, queste parti meccaniche possono essere realizzate con la necessaria resistenza all'usura e sono anche compostabili dopo l'uso. Questa è una soluzione interessante per il prossimo futuro, poiché queste aziende si trovano ad affrontare la sfida di soddisfare le nuove normative ambientali e sulle emissioni di CO2".
Rosling ha aggiunto: "C'è anche un crescente interesse nell'utilizzo delle nostre fibre continue in diversi tipi di tessuti e non tessuti per realizzare componenti strutturali per il settore edile. Stiamo anche riscontrando interesse nell'utilizzo delle nostre fibre biodegradabili con PA o PP di origine biologica ma non biodegradabili e materiali termoindurenti inerti".
Attualmente, la fibra di vetro X4/5 è più costosa della fibra di vetro E, ma i volumi di produzione sono relativamente ridotti e ABM Composite sta perseguendo diverse opportunità per espandere le applicazioni e facilitare un aumento della produzione fino a 20.000 tonnellate/anno con la crescita della domanda, il che potrebbe anche contribuire a ridurre i costi. Ciononostante, Rosling afferma che in molti casi i costi associati al rispetto dei requisiti di sostenibilità e dei nuovi requisiti normativi non sono stati pienamente considerati. Nel frattempo, l'urgenza di salvare il pianeta sta crescendo. "La società sta già spingendo per un maggior numero di prodotti a base biologica". Spiega: "Esistono molti incentivi per promuovere le tecnologie di riciclo, il mondo deve muoversi più rapidamente in questo senso e credo che la società non farà che aumentare la sua spinta verso i prodotti a base biologica in futuro".
LCA e vantaggio di sostenibilità
Rosling afferma che i materiali di ABM Composite riducono le emissioni di gas serra e l'utilizzo di energie non rinnovabili del 50-60% per chilogrammo. "Utilizziamo l'Environmental Footprint Database 2.0, il dataset GaBi accreditato e calcoli LCA (Life Cycle Analysis) per i nostri prodotti, basati sulla metodologia delineata nelle norme ISO 14040 e ISO 14044".
"Attualmente, quando i compositi raggiungono la fine del loro ciclo di vita, è necessaria molta energia per incenerire o pirolizzare i rifiuti compositi e i prodotti a fine vita (EOL). La triturazione e il compostaggio rappresentano un'opzione interessante, e rappresentano sicuramente una delle principali proposte di valore che offriamo. Stiamo inoltre offrendo un nuovo tipo di riciclabilità". Rosling afferma: "La nostra fibra di vetro è realizzata con componenti minerali naturali già presenti nel terreno. Quindi, perché non compostare i componenti compositi a fine vita (EOL) o sciogliere le fibre dai compositi non degradabili dopo l'incenerimento e utilizzarle come fertilizzante? Questa è un'opzione di riciclo di reale interesse globale".
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Data di pubblicazione: 27 maggio 2024