Il passaggio da un settore industriale a base fossile alla bioeconomia sta creando una crescente domanda di sostanze chimiche, materiali e combustibili a base biologica quali alternative sostenibili e rinnovabili. Una possibile fonte è il fruttosio ricavato dal legno da utilizzare nella produzione di bioplastiche. La biomassa lignocellulosica è tipicamente un materiale vegetale non commestibile che include colture dedicate di legname ed erba e materiali di scarto dell’agroforestazione. Si tratta inoltre della singola risorsa rinnovabile più abbondante al mondo, disponibile tutto l’anno. Oltretutto, la biomassa lignocellulosica non necessita di prezioso spazio nei campi, visto che non possiede un uso agricolo o nutrizionale. Vale la pena sottolineare che il legno può essere raccolto in modo sostenibile da foreste certificate. Nei paesi scandinavi, ogni anno le foreste producono più legname di quello che viene effettivamente raccolto. In confronto ad altre materie prime lignocellulosiche come la paglia, le materie prime basate sul legno per le bioraffinerie dispongono del maggiore potenziale di sostituzione dei composti derivati da combustibili fossili nell’industria chimica. La creazione di catene del valore competitive basate su materie prime lignocellulosiche non soltanto assicurerà un’abbondante materia prima industriale alternativa, ma rafforzerà anche la posizione concorrenziale di sostanze chimiche e materiali a base biologica rispetto ai loro equivalenti a base fossile. Il progetto europeo ReTapp (Re-Think All Plastic Packaging) nell’ambito di Orizzonte2020 ha studiato la produzione di fruttosio a partire da biomassa lignocellulosica derivata da materie prime legnose dure e tenere. “I ricercatori hanno utilizzato soluzioni enzimatiche per rimpiazzare il fruttosio basato su cibo/amido con fruttosio derivato dal legno – spiega Matti Heikkilä, coordinatore del progetto – e hanno preparato l’intera catena del valore per il lancio del prodotto sul mercato”.
Migliori tassi di conversione
L’iniziativa ha svolto attività in due settori principali. Il primo ha comportato il collaudo, l’accrescimento di scala e la dimostrazione dell’efficacia degli enzimi e anche dell’innovativa tecnologia sviluppata dai partner del progetto in ambienti industriali. Il secondo ha trasformato la tecnologia in un’impresa valida sul piano commerciale, producendo uno studio di sostenibilità, identificando potenziali clienti e mercati per il prodotto e preparando i partner commerciali. Due partner privati del progetto hanno ottimizzato e dimostrato i processi di produzione: l’azienda Sekab E-Technology, specializzata nella tecnologia da legno a zuccheri, e la Avantium Chemicals, leader mondiale nella produzione di resina di PEF (polietilene furanoato). Il PEF è una rivoluzionaria alternativa 100 percento biologica rispetto al polietilene tereftalato (PET), una forma comune di plastica usata nelle bottiglie e nel confezionamento. Un terzo partner commerciale, MetGen, ha sviluppato nuovi enzimi glucosio isomerasi capaci di trasformare in modo efficiente il glucosio derivato dal legno in fruttosio. “I nostri risultati sono stati di gran lunga migliori rispetto a quelli per gli enzimi tradizionalmente usati nella produzione commerciale di fruttosio – afferma Heikkilä – con un tasso di conversione di oltre il 50 percento in un grande esperimento pilota da varie tonnellate”.
Molteplici benefici
I ricercatori hanno poi aumentato la produzione degli enzimi portandola su scala industriale. Sviluppando la produzione in grandi quantità di sostanze chimiche dal legno, il fruttosio può fungere da possibile materia prima rinnovabile a base non alimentare per la produzione di PEF attraverso il precursore dell’FDCA (acido furandicarbossilico). “La tecnologia è stata testata nell’impianto dimostrativo di bioraffinazione di Örnsköldsvik, in Svezia – dice Heikkilä – e può essere utilizzata da chiunque abbia bisogno di zuccheri cellulosici industriali per successivi sviluppi di prodotti biochimici”. Uno studio economico di alto livello della catena del valore di ReTAPP ha mostrato la validità commerciale dell’iniziativa, mentre l’analisi del ciclo di vita ambientale ha indicato una evidente diminuzione delle emissioni di gas a effetto serra in confronto ai percorsi convenzionali usati oggi per la produzione di fruttosio. ReTAPP supporta l’introduzione di alternative economicamente sostenibili, facilitando la transizione da materie prime a base fossile a sostanze chimiche, materiali, combustibili ed energia sostenibili basati sul legno. Ciò migliorerà l’impatto ambientale della società e ridurrà l’impronta di carbonio. “Abbiamo dimostrato la catena del valore a base biologica per un packaging rinnovabile al 100 percento – segnala Heikkilä – che è più economico e possiede migliori proprietà di barriera rispetto al PET, utilizzando materie prime di seconda generazione, ossia il legno”.