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Produzione eco-sostenibile di poliidrossialcanoati (PHAs) e loro utilizzo in materiali compositi per applicazioni in campo marino/costiero e agricolo/vivaistico

COOPERATIVA GIOVANILE DEL LAVORO
Progetto finanziato nel quadro del POR FESR Toscana 2014-2020

OBIETTIVI DEL PROGETTO PHA

Il progetto PHA ha come obiettivi lo sviluppo di un processo di produzione sostenibile di poliidrossialcanoati (PHAs) impiegando batteri fotosintetici in bioreattori di nuova generazione alimentati con acque reflue agroalimentari, e lo sviluppo di relativi compositi termoplastici biodegradabili e compostabili a base di fibre naturali di recupero a basse costo, da impiegare per applicazioni in ambienti terrestri e marini. Nello specifico i nuovi compositi a base di PHA sono sviluppati per le seguenti applicazioni:

  • Per produrre oggetti di uso domestico (posateria usa e getta);
  • Per produrre vasi per florovivaismo;
  • Per produrre vasi e tutori per interventi di ripristino ambientale costiero.

Il partenariato del progetto PHA è composto dal capofila FEMTO Engineering, esperta in realizzazione di stampi per injection moulding e relativa produzione di articoli plastici, ZEFIRO produttore di masterbatches, Cooperativa Sociale Giovanile, azienda di servizi che si occupa, tra le varie, di pulizia di spiagge e di florovivaismo, dai Dipartimenti di Biologia e di Ingegneria Civile ed Industriale dell’Università di Pisa e dell’istituto per lo Studio degli Ecosistemi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISE-CNR), supportati dal subfornitore Laboratori ARCHA.

RISULTATI

Nel corso del progetto, è stato impiegato un particolare batterio viola esaminato per la produzione di PHA, utilizzando due differenti acque reflue agro-industriali a basso costo, provenienti dall'industria lattiero-casearia e dell'olio d'oliva, come mezzo di coltura per la crescita della biomassa. Il processo è stato ridimensionato da laboratorio a scala pilota con un bioreattore tubolare, raggiungendo una produttività della biomassa secca che andava da 86 a 149 mg / L al giorno, con un contenuto di PHA del 40-50% su biomassa secca.

Sono stati prodotti formulazioni di composti biodegradabili a base di PHA e fibre naturali, come fibre di Posidonia Oceanica, segatura di legno e crusca nel corso di processi di estrusione, in presenza di quantità appropriate di plastificante e riempitivo.

I granuli compositi sono stati quindi lavorati mediante stampaggio ad iniezione per ottenere diversi oggetti, da piatti e bicchieri per usi domestici (con impiego di formulazioni a base di PHA / crusca), a vasi per applicazioni in ambito florovivaistico (con impiego di formulazioni a base di PHA / segatura di legno), a vasi e tutori per applicazioni per ripristini ambientali in ambito dunale e marino (con impiego di formulazioni a base di PHA / Posidonia Oceanica).

La biodegradabilità dei compositi ottimizzati è stata confermata in diversi ambienti:

  • in condizioni controllate di compostaggio e nel terreno per i compositi PHA / segatura di legno, considerando che lo scenario per il fine vita di tali prodotti è l’impianto di compostaggio o come utilizzo in ambito agricolo;
  • in acqua di mare su sedimenti marini naturali in mesocosmo e habitat di dune per i compositi PHA / Posidonia Oceanica, perché le loro potenziali applicazioni sono nell'ambiente marino, come nel caso di impiego per interventi di ingegneria naturale e ripristino degli habitat.

 


English Version

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Eco sustainable production of Poly-Hydroxy-Alkanoates (PHAs) and their use in composite materials for marine / coastal and agricultural / nursery applications

COOPERATIVA GIOVANILE DEL LAVORO
Project co-financed under Tuscany POR FESR 2014-2020

PHA PROJECT GOALS

The PHA Project aimed at developing a sustainable production process of polyhydroxyalkanoates (PHAs) using photosynthetic bacteria in new generation photobioreactors fed with agro-industrial wastewaters, and at producing thermoplastic biodegradable/compostable composites based on PHAs and low-cost natural fibres for applications in marine and terrestrial environments. Specifically new PHA composites are developed for the following applications:

  • To produce articles for domestic uses (disposable cutlery, cups and plates);
  • To produce jars and pots for terrestrial plant nursery:
  • To produce jars and pots for marine plant nursery and tutors for coastal environmental engineering restoration interventions.

The partnership of PHA project is composed by the coordinator FETMO Engineering expert in mould making and processing of plastic by injection moulding, ZEFIRO masterbatch producer, Cooperativa Sociale Giovanile, service provider as, among many, beach cleaning and plant nursery, the Departments of Biology and of Civil and Industrial Engineering of University of Pisa, the Institute of Ecosystem Studies of National Research Council (CNR-ISE), supported by the subcontractor Laboratori ARCHA.

RESULTS

In terms of PHA production, during the project, a specific purple bacteria was investigated as PHA producer, using two different low-cost agro-industrial wastewaters, coming from dairy and olive oil industry, as culture media. The process was scaled-up form laboratory to pilot scale with a tubular bioreactor, reaching a dry biomass productivity ranging from 86 to 149 mg/L day, with a PHA content of 40-50% on dry biomass.

Biodegradable composites based on PHA and natural fibres, such as fibres of Posidonia Oceanica (PO), Wood Saw Dust (WSD) and bran were produced by extrusion in presence of appropriate amounts of plasticizer and filler. The composite granules were then processed by injection moulding to obtain different objects, from caps and plates for domestic uses (based on PHA/bran), to pots for terrestrial nursery (based on PHA/WSD), to pots and tutors for coastal/marine nursery (based on PHA/PO).

The biodegradability of the optimized composites was confirmed in different environments:

  • under controlled composting conditions and in soil for the PHA/WSD composites, because their expected fate is to be treated in composting plants or used for applications in agriculture;
  • in sea water on natural marine sediments in mesocosm and dune habitat for the PHA/PO composites, because their potential applications are in marine environment, such as natural engineering interventions (restoration of seagrass habitats).

 

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