Des chercheurs de la meilleure école d’emballage de la Michigan State University ont mis au point un moyen de rendre plus biodégradable une alternative prometteuse et durable aux plastiques à base de pétrole.
Une équipe dirigée par Rafael Auras a créé un mélange de polymères biosourcés compostable à la fois à la maison et dans l’industrie. Le travail est publié dans la revue ACS Chimie & Ingénierie Durables.
« Aux États-Unis et dans le monde, il y a un gros problème avec les déchets et en particulier les déchets plastiques », a déclaré Auras, professeur à la MSU et titulaire de la chaire Amcor Endowed in Packaging Sustainability.
Moins de 10 % des déchets plastiques sont recyclés aux États-Unis. Cela signifie que la majeure partie des déchets plastiques finit comme détritus ou détritus, ce qui crée des problèmes économiques, environnementaux et même sanitaires.
« En développant des produits biodégradables et compostables, nous pouvons détourner une partie de ces déchets », a déclaré Auras. « Nous pouvons réduire la quantité qui va dans une décharge. »
Un autre avantage est que les plastiques destinés au bac à compost n’auraient pas besoin d’être nettoyés des contaminants alimentaires, ce qui constitue un obstacle majeur à un recyclage efficace du plastique. Les installations de recyclage doivent généralement choisir entre consacrer du temps, de l’eau et de l’énergie pour nettoyer les déchets plastiques sales ou simplement les jeter.
« Imaginez que vous aviez une tasse de café ou un plateau pour micro-ondes avec de la sauce tomate », a déclaré Auras. « Vous n’auriez pas besoin de les rincer ou de les laver, vous pourriez simplement les composter. »
Le PLA et un « sweet spot » pour l’amidon
L’équipe a travaillé avec ce qu’on appelle l’acide polylactique, ou PLA, qui semble être un choix évident à bien des égards. Il est utilisé dans les emballages depuis plus d’une décennie et il est dérivé de sucres végétaux plutôt que de pétrole.
Lorsqu’ils sont gérés correctement, les sous-produits de déchets du PLA sont tous naturels : eau, dioxyde de carbone et acide lactique.
De plus, les chercheurs savent que le PLA peut se biodégrader dans les composteurs industriels. Ces composteurs créent des conditions, telles que des températures plus élevées, qui sont plus propices à la décomposition des bioplastiques que les composteurs domestiques.
Pourtant, l’idée de rendre le PLA compostable à la maison semblait impossible à certaines personnes.
« Je me souviens que les gens riaient à l’idée de développer le compostage domestique PLA en option », a déclaré Pooja Mayekar, doctorante dans le groupe de laboratoire d’Auras et première auteure du nouveau rapport. « C’est parce que les microbes ne peuvent pas attaquer et consommer normalement le PLA. Il doit être décomposé à un point où ils peuvent l’utiliser comme nourriture. »
Bien que les paramètres de compostage industriel puissent amener le PLA à ce point, cela ne signifie pas qu’ils le font rapidement ou entièrement.
« En fait, de nombreux composteurs industriels hésitent encore à accepter des bioplastiques comme le PLA », a déclaré Auras.
Dans ses expériences, soutenues par le département américain de l’Agriculture et MSU AgBioResearch, l’équipe a montré que le PLA peut rester assis pendant 20 jours avant que les microbes ne commencent à le digérer dans des conditions de compostage industriel.
Pour se débarrasser de ce décalage et permettre la possibilité de compostage à domicile, Auras et son équipe ont intégré un matériau dérivé d’hydrates de carbone appelé amidon thermoplastique dans le PLA. Entre autres avantages, l’amidon donne aux microbes du compostage quelque chose qu’ils peuvent manger plus facilement pendant que le PLA se dégrade.
« Lorsque nous parlons de l’ajout d’amidon, cela ne signifie pas que nous continuons à déverser de l’amidon dans la matrice PLA », a déclaré Mayekar. « Il s’agissait d’essayer de trouver un point idéal avec l’amidon, afin que le PLA se dégrade mieux sans compromettre ses autres propriétés. »
Heureusement, le chercheur postdoctoral Anibal Bher avait déjà formulé différents mélanges d’amidon thermoplastique PLA pour observer comment ils préservaient la résistance, la clarté et d’autres caractéristiques souhaitables des films PLA ordinaires.
En collaboration avec le doctorant Wanwarang Limsukon, Bher et Mayekar ont pu observer comment ces différents films se décomposaient tout au long du processus de compostage lorsqu’ils étaient effectués dans des conditions différentes.
« Différents matériaux ont différentes manières de subir une hydrolyse au début du processus et de se biodégrader à la fin », a déclaré Limsukon. « Nous travaillons sur le suivi de l’ensemble du parcours. »
L’équipe a mené ces expériences en utilisant des systèmes qu’Auras et les membres du laboratoire, passés et présents, ont en grande partie construits à partir de zéro au cours de ses 19 années avec MSU. L’équipement auquel les chercheurs ont accès en dehors de leur propre laboratoire à l’École de l’emballage fait également la différence.
« Travailler avec le Dr Auras, de l’École d’emballage, MSU, c’est formidable », a déclaré Bher. « Parce qu’à un moment donné, nous voulons fabriquer de vrais produits. Nous utilisons des installations autour du campus pour fabriquer des matériaux et tester leurs propriétés. MSU offre de nombreuses ressources. »
« Il y a une raison pour laquelle c’est l’une des meilleures écoles d’emballage », a déclaré Mayekar.
Plus d’information:
Pooja C. Mayekar et al, Breaking It Down: How Thermoplastic Starch Enhances Poly(lactic acid) Biodegradation in Compost─A Comparative Analysis of Reactive Blends, ACS Chimie & Ingénierie Durables (2023). DOI : 10.1021/acssuschemeng.3c01676