Colloque québécois sur les bioplastiques – Une industrie émergente : de la matière première aux plasturgistes et composteurs

Une industrie émergente : dela matière première auxplasturgistes et composteursMichel HuneaultUniversité de SherbrookeColloque sur les bioplastiques compostables2 juin 2011

Resumé Définitions Forces motrices Revue de bioplastiques existants Perspectives et Opportunités

Que signifie le BIO dans BIOplastique ? Naturel ? Biodégradable? Meilleur pour l’environnement ? Vivant ?3

Définition : Bioplastique  Bioplastique = Polymère biosourcé ◦ Matériaux fabriqués à partir d’une matière première de source de carbone organique renouvelable Source renouvable Source non‐renouvelable Contenu en ressource renouvelable : Norme ASTM D6866 Basée sur la datation au C14 (i.e. âge du carbone organique)4

Les premiers bioplastiques (dérivés synthétiques de cellulose) Vêtements en rayonne (acetate de cellulose), 1930sBoules de billard en Celluloid (nitrate de cellulose), 1868 Panneaux en résine thermodurcissable à base de soya et fibres naturelles, 1941

Carbone organique : source fossile vs source renouvelable CO2 100 an ÉnergieÉnergie du soleil(Nourriture,ChauffagetransportProduction électrique) Biomasse 102 ans (C organique nouveau ) 106 ans ~4% du pétrole utilisé pour Réserve fossile plastiques (C organique ancien) 6

Définition : Compostabilité ASTM D6400 Conversion de C (%) 100 80  Biodegradation aérobique 60 ◦ Conversion supérieure à un seuil (60-90%) 40 après 180j 20 0 0 60 120 180 240 Durée (jour)  Fragmentation ◦ Moins de10% de fragments > 2 mm après 12 semaines  Toxicité ◦ Essai de germination (OECD 208)  taux > 90% taux d’une référence ◦ Composition en métaux lourds sous niveaux déterminés * Note: Seule la fragmentation ou la croissance de mousses sur le plastique ne suffit pas7

Biodégradation aérobique ASTM5338 E.g. Milieu de compostage Mesure de respiration: T= 58±2 oC ◦ Mesure de CO2 émis en fonction du temps En présence d’air ◦ Calcul de la conversion de C organique en C Référence négative: PE inorganique ◦ La biodégradation dépend des conditions du milieu Référence positive: cellulose CxH2x+3/2 O2 xCO2+xH20 Conversion de C (%) 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 Durée (jours) 8

Force motrice: plastiques biosourcésPrix des ressources fossiles Développement des biotechnologies Photo National Research Council of Canada Surproduction agricole Instabilité politique Pression interne pour réduire dépendance au pétrole9

Forces motrices environnementales• Amélioration de l’image corporative• Perception positive pour le BIO• Diminution d’impact visuel• Diminution d’impact écologique (écosystèmes marins)• Diminution d’empreinte carbone• Valorisation des déchêts organiques

Force motrice: Compostabilité Composition des déchêts ◦ Papier et carton……….. 40% Déchêts secs ◦ Plastiques.…………..….. 10% Peuvent être recyclés, enfouis, incinérés avec ◦ Métaux ………………….. 10% récupération d’énergie. ◦ Matière organique…….40% ¿Que faire? nourriture Feuilles et Compostage est une solution reste de jardin Coûte moins cher que biométhanisation. Nécessite moins d’énergie que l’incinération Évite la production de méthane Et vous avez le compost en PRIME

Rôle des plastiques compostable dans la gestion des déchets organiques Souvent, il est difficile de valoriser les déchets organique mixtes (i.e. plastiques + matière putrescible)… ◦ Emballages plastiques+ matière organique Sacs (TPS ou Ecoflex) ◦ Pellicules et mousses plastiques ◦ Articles jetables ◦ Revêtements de papier et carton ◦ Sac de retailles de jardin Ustensiles (TPS) ◦ Pellicule de paillage (agriculture) 1Mt/an! OPPORTUNITÉ POUR PLASTIQUES COMPOSTABLESL’infrastructure de compostage se met en place! 12 Pellicule de paillage

Le compostage, une réalité…

Resumé Définitions Forces motrices Revue de bioplastiques existants Perspectives et Opportunités

Ressources de la biomasse Energy heating Ethanol Biodiesel Natural Fibers Cellulosics & Sugars & Starches Oils Other Proteins •Cotton, Sisal, Jute, Lignocellulosics •From Corn, wheat, potato •Soybean, Polysaccharides Gluten, •Hemp, Flax •Rapeseed •Pectin, Chitin, Zein •Castor •Levan, Pullulan ChitosanMaterials Wood Wood Thermoplastic Textiles lumber composites Starch + Thermoset from Natural fiber Soy-based Cellulose triglycerides composites binders, Derivatives (cellophane, PSA Cellulose acetate) BIOREFFINERY Chemical Building Blocks 15 agrobusiness chemicals

Plastiques biosourcés Huiles végétales Amidon et Carbohydrates Ricin, Soya hydrolysegelatinisation fermentation éthanol Sucres simples fermentation/ Synthèseplastification déhydration traitement microbienne Monomères enzymatique Réticulation modification biosourcés extraction Lactic Propane Succinic Adipic Acide gras ethylene Acid Diol acid acid 11C Amidon Polyethylene Polyesters, PHA PA11 Thermosets Thermo- polyamides, plastique polyurethanes 16 *undecanoic acid

Matériaux compostables  Mélange à base d’amidon thermoplastique ◦ Novamont’s Materbi, Plantic, RodenburgPolylactide (PLA) NatureWorks Polyhydroxyalcanoate (PHA, PHB) Telles, PHB industrial

Non-Compostable Compostable 100%Biosourcé Polyéthylène issu Poly(acide lactique) de l’éthanol (Brésil) Polyamide 11 issu Poly(hydroxy alcanoate) d’huile de ricin Amidon thermoplastique PU et Polyester PEA Partiellement utilisant diol biosourcés Biosourcé PBAT 99% des plastiques Polyester aromatique conventionnels /aliphatique, E.g. Ecoflex Fossile OXOdégradables18

Perspective : volume de production des plastiques biosourcés 2010 2013 kton/an kton/an PLA 150 300 PHA ~0 50 Thermoplastic starch 100 150 PTT (25%Biobased) 50 100 PU (25% Biobased) 50 50 PE 0 450 PA11 50 50 ◦ Total 400 1150Marché mondial des plastiques > 200,000 kTon/an

Positionnement stratégique – Filière Bioplastique au Québec Industrie de Industrie Producteurs synthèse Formulateurs de la Distributeurs/ de matière chimique plasturgie Utilisateurs première primaire et secondaire positionnement du projetENTREPRISES TYPES Purac Novamont IPL Entreprise de Cargill secteurs ADM Tate & Lyles Cereplast Balcan Dow Cerestech Winpak alimentaire, Exxon emballage, Shell Dupont Solanyl Plastech NatureWorks Lavergnes & 500 PME hygiène, etc. Telles Felix compounds au QuébecPRÉSENCE REGIONALE Non Non Oui Oui Oui

Opportunités Quelques bioplastiques actuellement disponibles Opportunités ◦ Mélanges polymères/amidon thermoplastique ◦ Formulation de PLA cristallisable ◦ Formulation de bioplastiques moussables ◦ Formulation de bioplastiques pour laminage de papier

Procédé de malaxage Plastifiant Amidon Polymère synthétique Starch meteringPuller & Air or Extrusion Liquid feedCutter water die cooling P P P P P P Side- vacuum feeding Leistritz Twin Screw 34 mm venting Extruder

Prototypes Pièces moulées Feuilles extrudés. Feuilles de mousse. Pellicules minces Contenants thermoformés23

Publications 2007 -2011 Principaux Collaborateurs Sujets Hongbo Li PLA/TPS : 4 Nathalie Chapleau Cristallisation PLA : 2 Mihaela Mihai Moussage PLA : 3 Basil Favis Nanocomposite bio: 3

Perspectives Croissance importante des plastiques biosourcés et compostables Normes et support législatif grandissant pour le compostage des matières organiques – Besoin pour bioplastiques compostables Expertise et volonté existent au Québec pour être proactif et devenir leader dans ce domaine

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