“Per immaginare un mondo senza plastica dovremmo fare un salto temporale fino alla seconda metà degli anni Venti del Novecento. Era un mondo in cui l’ambiente domestico era costituito da tessuti naturali, legno e metallo; la cucina era in ghisa, le tubature in piombo. Era un mondo senza tessuti tecnici, in cui si sciava con assi di legno ai piedi e con scarponi di cuoio, imbottiti di lana”.
“Un mondo senza plastica è possibile, ma è ormai molto lontano dal nostro quotidiano. Si può pensare di vivere senza gli oggetti che ho citato. È più difficile farlo senza l’elettronica di consumo, le infrastrutture che necessitano di questi materiali per produrre e trasportare energia elettrica, senza i veicoli che sono pieni di materiali polimerici. Insomma, l’esercizio mentale è fattibile, decisamente meno il ritorno al passato”.
Dalle parole di Andrea Castrovinci, responsabile del Laboratorio di ingegneria dei materiali polimerici della SUPSI, si capisce subito come nel corso dei decenni i materiali polimerici abbiano occupato uno spazio sempre più rilevante all’interno delle nostre vite. Un successo derivato dalle innumerevoli proprietà di quelle che comunemente chiamiamo “plastiche”.
“Prima che la plastica diventasse di uso comune, i materiali che utilizzavamo erano facilmente raggruppabili in categorie con determinate proprietà. Pensiamo ai metalli, a cui istintivamente associamo caratteristiche come la conducibilità elettrica e la malleabilità. I materiali polimerici coprono uno spettro di caratteristiche molto ampio, che va da quelle tipiche dei metalli a quelle dei materiali ceramici, dalle fibre naturali al legno. Con i materiali polimerici possiamo riprodurre quasi tutte le loro proprietà e in molti casi anche superarle: possono fingere di essere un tessuto naturale; ci possiamo costruire elementi portanti senza ricorrere a cemento o metalli; possono mimare il vetro. Pensiamo ai finestrini degli aerei o alle lenti degli occhiali: quelli che noi chiamiamo vetri in realtà sono polimeri trasparenti”.
Queste caratteristiche e le possibilità di impiego nei più disparati ambiti, sono riconducibili alla loro peculiare struttura molecolare.
“La premessa è che i materiali polimerici esistono in natura: la nostra pelle o il DNA lo sono. La caratteristica di questi materiali è la lunghezza delle molecole, composte da migliaia, se non decine di migliaia, di atomi attaccati l’uno all’altro. Possiamo immaginarla come una collana di perle. Sostituendo una sfera bianca con una nera, cambiano le proprietà macroscopiche della molecola”.
Comunemente associamo le plastiche al petrolio – un idrocarburo – ricavato da fonti fossili. Da un punto di vista chimico e storico da dove deriva questo nesso?
“Uno dei materiali plastici più comuni è il polietilene. Ogni macromolecola è composta da atomi di carbonio a cui sono attaccati atomi di idrogeno. Questi due elementi abbondano nelle fonti fossili. A un costo relativo molto basso si è potuto sintetizzare la collana di perle di cui sopra. Va però sottolineato come la quantità di petrolio destinata alla produzione di plastiche sia molto bassa rispetto agli altri utilizzi: si stima il 4-8% del consumo mondiale, una quota bassissima rispetto ad altri impieghi delle fonti fossili, fra cui la combustione”.
Modello a sfere e bastoncini di una parte della struttura cristallina del polietilene. Fonte: Wikimedia Commons
Questo legame con le fonti fossili e più in generale l'impatto ambientale delle materie plastiche oggi è al centro dell’attenzione pubblica. Non è però stato sempre così.
“Subito dopo la Seconda guerra mondiale le plastiche furono presentate alla popolazione come qualcosa di estremamente positivo. Lo erano perché permisero di realizzare oggetti di uso comune in modo rapido ed economico. Tale percezione era alimentata dalla pubblicità. All’epoca si producevano fra i 30 e i 40 milioni di tonnellate di plastica l’anno e non c’era minimamente la percezione del problema del fine vita. Per decenni non abbiamo tenuto conto di questo aspetto. Solo negli ultimi anni, dapprima nel mondo tecnico-scientifico e poi nel sentire comune, si è diffusa questa consapevolezza. Oggi siamo consapevoli dei problemi legati all’inquinamento delle plastiche, dimenticandoci però di tutte le funzioni positive di questi materiali che difficilmente potremmo sostituire. La comunicazione e l’informazione sulla plastica si è ribaltata e gli aspetti negativi sono diventati totalizzanti: il più delle volte si associa la plastica al problema dell’inquinamento e della dispersione nell’ambiente, sebbene i materiali polimerici, come abbiamo visto, non siano solo questo”.
Che opzioni abbiamo per affrontare il problema?
“Tecnicamente si può recuperare l’energia contenuta nelle plastiche attraverso il loro incenerimento, ma sappiamo bene che nel processo viene rilasciata CO2. Ci sono tecnologie che ci permettono di reinserire nella catena del valore gli oggetti che hanno concluso un primo ciclo di utilizzo, attraverso la raccolta e la trasformazione. Quindi stiamo trasformando un problema in qualcosa che riusciamo a gestire e che genera un indotto economico. In un laboratorio si può fare praticamente tutto, ma occorre tenere a mente che le soluzioni devono essere scalabili a livello industriale. Significa trovare un processo che non inquini troppo, che sia gestibile dal punto di vista dell’uso dei solventi e inserito in una catena del valore autonoma. Soluzioni dipendenti da sussidi e finanziamenti pubblici non sono sostenibili all’infinito”.
Per quanto riguarda il ricorso a fonti rinnovabili, cosa si sta muovendo?
“Ci sono realtà industriali che già sintetizzano della plastica da fonti rinnovabili e in generale si stanno facendo sforzi per trovare processi produttivi che siano scalabili ed economicamente sostenibili. A livello di materiali bio-based c’è il PLA (acido poliattico), prodotto da fonti vegetali come amido di mais e canna da zucchero. Rappresenta una percentuale minima dei circa 500 milioni di tonnellate di plastica prodotte ogni anno, anche perché il suo costo è più alto rispetto a materiali simili ricavati da fonti fossili. Oltre a ciò, sostituire totalmente le plastiche con materiali bio-based derivati dal mais o da altre fonti sarebbe impossibile. Non basterebbe la superficie agricola della Terra per rispondere alla domanda”.
In questo ambito che progetti state conducendo qui in SUPSI?
“Come laboratorio rispondiamo alle richieste di start-up e aziende che cercano di sviluppare soluzioni alternative. Lavoriamo su progetti che valorizzano il materiale riciclato o quello di scarto. La mia collega, la dottoressa Anna Rita De Corso, sta cercando di sintetizzare un materiale dalla lignina, sottoprodotto della filiera della carta e del legname. Un altro progetto sfrutta gli scarti delle alghe utilizzate nel settore della cosmesi e nell’industria farmaceutica per farci un polimero. Le alghe sono una fonte interessante perché crescono rapidamente negli specchi d’acqua”.
Xi è un esempio di materiale realizzato con polipropilene riciclato e farina di legno, proveniente dagli scarti delle falegnamerie. Per saperne: "In futuro giocattoli più eco-friendly"
Se è vero che la ricerca e l’industria si stanno concentrando per trovare soluzioni per allungare la vita degli oggetti prodotti con materiali polimerici, la cittadinanza cosa può fare?
“Possiamo fare i compiti a casa e riciclare i vari materiali polimerici, come abbiamo fatto ormai da decenni con il PET. Possiamo differenziare il packaging alimentare, le nostre sneaker e i tessuti tecnici, aiutando il sistema a gestire il fine vita di questi elementi. Si può certamente ridurre il consumo pur sapendo che, come dicevo, tornare al passato è impossibile. Semplicemente possiamo gestire la plastica quando non ne abbiamo più bisogno. La nostra responsabilità individuale è di consegnarla alla catena del valore che esiste a valle”.
L’Istituto di ingegneria meccanica e tecnologia dei materiali della SUPSI (MEMTi) con le aziende Greenchemicals e Krauss Maffei, organizza un ciclo di conferenze - la Polymer Additives Academy - dedicato a professionisti attivi nel settore dei polimeri e degli additivi per esaminare casi studio, conoscere le ultime novità del settore e approfondire temi di attualità, dai cambiamenti normativi ai materiali bio-based, dal fotovoltaico alla sicurezza antincendio, fino al riciclo.