BIORAFFINERIE PER LA RIGENERAZIONE DEI TERRITORI: STATO DELL'ARTE E CRITICITÀ
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BIORAFFINERIE PER LA RIGENERAZIONE DEI TERRITORI:
STATO DELL'ARTE E CRITICITÀ
Ecomondo 2022
9 NOV 2022 h 14.30– 17.00 Sala Tiglio
Gestione e possibile valorizzazione delle bioplastiche separate da FORSU
Paola Zitella - Responsabile area Chimica verde, Environment Park
Francesca Valetti Cristina Varese
DBIOS_UNTO UNITO DBIOS-MUT
Federica Spina
UNITO DBIOS-MUT
La bio-raffineria per la conversione dei rifiuti organici e della CO2 a bio-carburanti, bio-fertilizzanti e
biochemicals: un approccio integrato per una valorizzazione completa delle matrici di scarto esempio
concreto di applicazione dei principi dell’economia circolare.
https://saturnobioeconomia.it/
ASSI DI SVILUPPO
PLASTICHE
separazione e valorizzazione delle
plastiche di scarto, anche per la
produzione di componentistica per il
settore automotive
FORSU
creazione di composti ad alto valore
aggiunto dalla frazione organica dei
rifiuti solidi urbani, in un’ottica di
bioraffineria sostenibile
CO2
cattura e valorizzazione della CO2 (anidride
carbonica) prodotta da cogeneratori,
automobili, cementifici e conversione a
metanolo e ABE
https://saturnobioeconomia.it/
Accordo di programma CIC – COREPLA - maggio 2019
Monitoraggi degli imballaggi in plastica e bioplastica compostabile negli …Utilitalia: "strutturalmente gli
impianti di riciclo organico (Compostaggio e integrati Compostaggio & DA) impianti anaerobici e misti non sono in
grado di degradare la plastica
Fonte: Consorzio Italiano compostatori
compostabile …
Dati ISPRA -il 63% della frazione
umida italiana confluisce negli
impianti di trattamento anaerobici e
misti
Secondo la EN 13432 la
Biodegradabilità descrive la capacità del
materiale compostabile di essere
convertito in CO2 e acqua sotto l'azione
di microrganismi in presenza di
ossigeno. Questo misurato con prova
standard di laboratorio EN 14046
Per mostrare completa
biodegradabilità, deve essere raggiunto
un livello di biodegradazione di almeno
il 90% in meno di 6 mesi
Pretrattamenti con enzimi
Prova Enzima Quantità MaterBi HRT (h) Bacillus Licheniformis BL, Bacillus
Amyloliquefaciens BA Bacillus
L1 2 mg 1 S (7,036 g) 48 subtilis BS
BL
L2 4 mg 1 S (6,99 g) 48
A1 20 µl 1 S (7,036 g) 48
BA
A2 40 µl 1 S (6,9 g) 48
Prova 1 2,5 mg 1/2 S (3,5 g) 65
BS
Prova 2 2,5 mg 1/4 S (1,7475 g) 65
Prova 3 BA + BS 20 µl + 2,5 mg 1/2 S (3,4987 g) 48 + 48
Prova 4 BS + BA 2,5 mg + 20 µl 1/2 S (3,4753 g) 48 + 48
0,8
L2
0,6
0,6
C (g/l)
0,4
0,4 L1 conc
C (g/l)
0,2
M
0,2 conc
M 0 conc
0 12 24 36 48 G
0 conc h
0 12 24 36 48 G
h
0,6 0,8
0,5 A1 0,6
A2
0,4
C (g/l)
C (g/l)
0,3 0,4
0,2 conc conc
M 0,2 M
0,1
0 0 conc
conc
0 12 24 36 48 G 0 12 24 36 h 48 G
h
5
Pretrattamenti con enzimi
Decrescita percentuale del peso secco
14 18
8
12 16
7
10 14
6 12
8
%w
5 10
%w
bianco
%w
6 4 8
bianco bianco
4 L2 3 6
2 A1 4 A2
2
0 2
1
0 12 24 36 48 0
0
0 12 24 36 48
t (h) 0 12 24 36 48
t (h)
14 t (h) 20 E
10 18
12 16 A
8 14 A
10
12
%w
8 6
%w
10 prova 3
%w
6 bianco L1 prova 1 8
4 6 prova 4
4 prova 2 4 E
2 2 2
0 0
0
0 12 24 36 48 0 12 24 36 48 60 72 84 96
0 12 24 36 48 60 72
t (h) t (h)
t (h)
• Prove L1 L2: all’aumentare del dosaggio di enzima non si ha un corrispondente aumento di efficienza con l’enzima;
• Prove A1 ed A2: decrescita di peso che aumenta proporzionalmente con il raddoppiare della del dosaggio di enzima
• Prove con l’esterasi - prova 1 e prova 2 non denotano una efficacia diretta nell’idrolizzazione delle plastiche. L’andamento
delineato segue quello delle prove di bianco
• Prove 3 e 4, per valutare l’effetto della eventuale rottura dei legami estere sulla efficacia delle amilasi: 1. l’ordine degli
enzimi non è influente, 2. decrescita totale circa del 20%
6
Digestione anaerobica plastiche biodegradabili
Prova Coltura pH T (°C) Pretrattamento HRT (d) % decrescita peso
FD1* Clostridia 5 37 A1 o L1 111 Trascurabile
FD2* metanigeni 7 50 A1 o L1 56 Non camp
FD3* metanigeni 7 50 A2 o L2 86 Non camp
FD4* metanigeni 7 50 A2 o L2 86 Non camp
FD5* Clostridia 5 37 A2 o L2 86 Trascurabile
FD6* Clostridia 5 37 prova 1 49 Trascurabile
FD7* Clostridia 5 37 prova 3 49 Trascurabile
FD8* metanigeni 7 50 prova 2 49 Non camp
FD9* metanigeni 7 50 prova 4 49 Non camp
Prova Coltura pH T (°C) HRT (d) % decrescita peso Prove con esterasi:
D1 Clostridia 5 37 111 25 - risultato immediato non significativo
D2 Clostridia 5 37 111 19 - successive prove con batteri metanigeni: effetto di incremento
D3 metanigeni 7 50 76 71 sulla cinetica - dopo 49 giorni (tempistiche non troppo dissimili da
D4 metanigeni 7 50 76 68 alcuni processi di digestione industriale) le plastiche sono risultate
FD1 Clostridia 5 37 111 13 non più campionabili, effetto ottenuto con gli altri pre-trattamenti
D = digestato; FD = FORSU + digestato enzimatci in media dopo 86 gg.
7
Pre-trattamenti chimici
Prove di pretrattamento chimico in alcuni casi seguite da DA degli idrolizzati. Esito significativo in termini di
idrolizzazione delle bioplastiche.
Valutazioni sull’efficacia del trattamento simili alle precedenti (decrescita di peso) impossibile.
Valutazioni di tipo analitico per capire se alcuni componenti fondamentali del polimero fossero separati a
seguito della degradazione dei legami.
L’unico composto quantificabile negli idrolizzati pretrattati è stato l’1,4 butandiolo. La percentuale in peso di
1,4 butandiolo variava a seconda del pretrattamento effettuato da 0,26% a 0,63%.
Test sia a 25°C che a 50°C con HCl e con NaOH:
• 9 test con NaOH (differenti cond. concentrazioni e
processo)
• 1 test con NaOH seguito da DA
• 2 test con HCl.
Circa il 30%p/p del sacchetto convertito in 1,4 -butandiolo
Conclusioni:
1. I trattamenti chimici più efficaci con NaOH.
2. La prova di DA del pre-trattato chimico si è dimostrata efficace, in quanto, seppur già ridotta ad uno stato di
polvere in soluzione dopo il pre-trattamento chimico, le plastiche non erano più visivamente rilevabili dopo la
DA.
Biotrasformazione di polimeri plastici mediante whole-cell treatment
I funghi oggetto di studio sono stati isolati direttamente dal sovvallo plastico di impianti di
compostaggio. Questa biodiversità estremamente adattata a questa nicchia ecologica può infatti
presentare delle caratteristiche metaboliche uniche.
I funghi sono stati identificati mediante un
Cladosporium
approccio polifasico (tecniche molecolari e analisi
morfologica della colonia), individuando una
comunità dominata da Ascomiceti (90%). I generi
Penicillium
Penicillium, Aspergillus e Cladosporium sono quelli
maggiormente rappresentati (64%).
Aspergillus
Uno screening preliminare è stato condotto utilizzando sacchetti di plastica biodegradabile in piastre
agarizzate senza altra fonte di carbonio al fine di valutare le capacità di crescita dei funghi
utilizzando il sacchetto stesso come unica fonte di nutrienti.
o 10 funghi con ottime rese di trasformazione
o 7 funghi, trasformazione parziale
(compromissione integrità strutturale)I 3 funghi che hanno saputo essere più performanti nei confronti dei sacchetti, portando ad una completa
degradazione dello stesso in tempi ridotti (20-30 d) sono stati utilizzati per allestire prove su scala maggiore.
Il pretrattamento fungino è stato ipotizzato come preliminare rispetto all’intero processo di gestione dei rifiuti
organici urbani.
Pre-trattamento fungino di sacchetti Digestione anaerobica con e senza
Separazione sovvallo plastico
di plastica Forsu
In questo momento fase analitica di quantificazione di microplastiche residue e di PBAT in campioni a 15 e 30 gg di DA sia
con pretrattamenti fungini che enzimatici su scala pilotaGrazie per l’attenzione! Paola Zitella Area Manager Environment Park Email: paola.zitella@envipark.com Tel. 011 2257255
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