L'amidon ajouté au biopolymère PLA augmente la compostabilité

Publié par le personnel | 07 août 2023

Des chercheurs de la School of Packaging de la Michigan State University ont développé une alternative prometteuse et durable aux plastiques à base de pétrole, plus biodégradables.

Une équipe dirigée par Rafael Auras a créé un mélange de polymères d'origine biologique compostable à la fois en milieu domestique et industriel. Les travaux sont publiés dans la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

« Aux États-Unis et dans le monde, il existe un problème majeur lié aux déchets, en particulier aux déchets plastiques », déclare Auras, professeur à la MSU et titulaire de la chaire Amcor Endowed sur la durabilité des emballages.

"En développant des produits biodégradables et compostables, nous pouvons détourner une partie de ces déchets", a déclaré Auras. « Nous pouvons réduire la quantité envoyée dans les décharges. »

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 régulièrement choisir entre consacrer du temps, de l’eau et de l’énergie au nettoyage des déchets plastiques sales ou simplement les jeter.

"Imaginez que vous ayez une tasse de café ou un plateau de micro-ondes avec de la sauce tomate", explique Auras. "Vous n'auriez pas besoin de les rincer ou de les laver, vous pourriez simplement les composter."

L’équipe a travaillé avec de l’acide polylactique, ou PLA, qui semble être un choix évident à bien des égards. Utilisé dans les emballages depuis plus d’une décennie, il est dérivé de sucres végétaux plutôt que de pétrole.

Lorsqu'ils sont gérés correctement, les 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, 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 certains.

«Je me souviens que les gens riaient à l'idée de développer le compostage domestique au PLA comme option», explique Pooja Mayekar, doctorante dans le groupe de laboratoire d'Auras et premier auteur du nouveau rapport. «C'est parce que les microbes ne peuvent pas attaquer et consommer le PLA normalement. Il doit être décomposé à un point tel qu’ils puissent l’utiliser comme nourriture. Sur la photo de gauche, Mayekar travaille avec un bioréacteur dans le laboratoire.

Bien que les installations de compostage industriel puissent amener le PLA à ce point, cela ne signifie pas qu’elles le font rapidement ou entièrement.

« En fait, de nombreux composteurs industriels hésitent encore à accepter les bioplastiques comme le PLA », explique Auras.

Dans le cadre d’expériences soutenues par le ministère américain de l’Agriculture et MSU AgBioResearch, l’équipe a montré qu’il fallait 20 jours avant que les microbes ne commencent à digérer le PLA dans des conditions de compostage industriel.

Pour éliminer ce décalage et permettre le compostage domestique, Auras et son équipe ont intégré dans le PLA un matériau dérivé des glucides appelé amidon thermoplastique. Entre autres avantages, l'amidon donne aux microbes du compostage quelque chose qu'ils peuvent digérer plus facilement pendant que le PLA se dégrade.

"Lorsque nous parlons de l'ajout d'amidon, cela ne signifie pas que nous continuons à jeter de l'amidon dans la matrice PLA", explique 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 PLA-amidon thermoplastique pour observer comment ils préservaient la résistance, la clarté et d'autres caractéristiques souhaitables des films PLA ordinaires.

En travaillant avec le doctorant Wanwarang Limsukon, Bher et Mayekar ont pu observer comment ces différents films se dégradaient tout au long du processus de compostage lorsqu'il était effectué dans différentes conditions.

"Différents matériaux ont différentes manières de subir une hydrolyse au début du processus et de se biodégrader à la fin", explique 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 chez MSU. L’équipement auquel les chercheurs ont accès en dehors de leur propre laboratoire à l’École d’emballage fait également une différence.