Une industrie émergente : de la matière première aux plasturgistes et composteurs

Michel HuneaultUniversité de Sherbrooke

Colloque sur les bioplastiques compostables2 juin 2011

Resumé

Définitions Forces motrices Revue de bioplastiques existants Perspectives et Opportunités

Que signifie le BIO dans BIOplastique ?

3

Naturel ?Biodégradable?Meilleur pour l’environnement ?Vivant ?

Définition : Bioplastique Bioplastique = Polymère biosourcé◦ Matériaux fabriqués à partir d’une matière première de

source de carbone organique renouvelable

4

Source renouvable Source non‐renouvelable

Contenu en ressource renouvelable : Norme ASTM D6866Basée sur la datation au C14 (i.e. âge du carbone organique)

Les premiers bioplastiques(dérivés synthétiques de cellulose)

Panneaux en résine thermodurcissableà base de soya et fibres naturelles,

1941

Vêtements en rayonne(acetate de cellulose),

1930s

Vêtements en rayonne(acetate de cellulose),

1930s

Boules de billard en Celluloid(nitrate de cellulose), 1868

Boules de billard en Celluloid(nitrate de cellulose), 1868

Carbone organique : source fossile vs source renouvelable

6

CO2

Biomasse(C organique nouveau )

Réserve fossile(C organique ancien)

106 ans

100 an

~4% du pétrole utilisé pour plastiques

Énergiedu soleilÉnergie 

(Nourriture,ChauffagetransportProduction électrique)

102 ans

7

Définition : CompostabilitéASTM D6400

Biodegradation aérobique◦ Conversion supérieure à un seuil (60-90%)

après 180j

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 pas

Con

vers

ion

de C

(%)

020

40

6080

100

0 60 120 180 240

Durée (jour)

8

Biodégradation aérobiqueASTM5338

Mesure de respiration: ◦ Mesure de CO2 émis en fonction du temps◦ Calcul de la conversion de C organique en C

inorganique◦ La biodégradation dépend des conditions du milieu

CxH2x+3/2 O2 xCO2+xH20

Con

vers

ion

de C

(%)

0

20

40

60

80

100

0 60 120 180 240Durée (jours)

E.g. Milieu de compostageT= 58±2 oCEn présence d’airRéférence négative: PERéférence positive: cellulose

Force motrice: plastiques biosourcés

9

Photo National Research Council of Canada

Prix des ressources fossiles

Développement des biotechnologies

Surproduction agricoleInstabilité politiquePression interne pour réduire dépendance au pétrole

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%◦ Plastiques.…………..….. 10%◦ Métaux ………………….. 10%

◦ Matière organique…….40%

Déchêts secsPeuvent être recyclés, enfouis, incinérés avec récupération d’énergie. 

¿Que faire?

nourritureFeuilles  et reste de jardin 

Compostage est une solution

Coûte moins cher que biométhanisation.Nécessite moins d’énergie que l’incinérationÉvite 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

◦ Pellicules et mousses plastiques

◦ Articles jetables◦ Revêtements de papier et carton

◦ Sac de retailles de jardin

◦ Pellicule de paillage (agriculture) 1Mt/an!

12L’infrastructure de compostage se met en place!

Sacs (TPS ou Ecoflex)

Ustensiles (TPS)

OPPORTUNITÉ POURPLASTIQUESCOMPOSTABLES

Pellicule de paillage

Le compostage, une réalité…

Resumé

Définitions Forces motrices Revue de bioplastiques existants Perspectives et Opportunités

Ressources de la biomasse

15

Natural Fibers•Cotton, Sisal, Jute, •Hemp, Flax

Sugars & Starches•From Corn, wheat, potato

OtherPolysaccharides•Pectin, Chitin, •Levan, Pullulan

Oils•Soybean, •Rapeseed•Castor

ProteinsGluten, Zein

Cellulosics &Lignocellulosics

ThermoplasticStarch

Woodlumber

CelluloseDerivatives(cellophane,Cellulose acetate)

Woodcomposites

Textiles+

Natural fibercomposites

Thermoset fromtriglycerides

Chitosan

heating Ethanol Biodiesel

Ene

rgy

Mat

eria

ls

Soy-basedbinders,PSA

ChemicalBuilding Blocks

chemicalsagrobusiness

BIOREFFINERY

Plastiques biosourcés

16

Amidon Thermo-plastique

hydrolyse

LacticAcid

PropaneDiol

Succinicacid

Monomèresbiosourcés

PHA

Synthèse microbienne

Polyesters, polyamides, polyurethanes

Sucres simples

fermentation/traitementenzymatique

modification

Adipicacid

Huiles végétalesRicin, Soya

extraction

gelatinisation

plastification

Amidon et Carbohydrates

fermentationéthanol

déhydration

ethylene

Polyethylene PA11

Acide gras11C

*undecanoic acid

Thermosets

Réticulation

Matériaux compostables

Mélange à base d’amidon thermoplastique◦ Novamont’s Materbi, Plantic,

Rodenburg

Polylactide (PLA)NatureWorks Polyhydroxyalcanoate (PHA, PHB)

Telles, PHB industrial

18

CompostableNon-Compostable

OXOdégradables

100%Biosourcé

Fossile

PartiellementBiosourcé

Polyéthylène issude l’éthanol (Brésil)Polyamide 11 issu d’huile de ricin

PU et Polyester utilisant diol biosourcés

99% des plastiquesconventionnels

Poly(acide lactique)

Poly(hydroxy alcanoate)

Amidon thermoplastique

PEA

PBAT

Polyester aromatique /aliphatique, E.g. Ecoflex

Perspective : volume de production des plastiques biosourcés

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 1150

Marché mondial des plastiques    > 200,000 kTon/an

2010kton/an

2013kton/an

Positionnement stratégique – Filière Bioplastique au Québec

Producteurs de matière première

Industrie de synthèse chimique primaire et secondaire

FormulateursIndustrie de la plasturgie

Distributeurs/ Utilisateurs

CargillADMExxonShell

PuracTate & LylesDowDupontNatureWorksTelles

NovamontCereplastCerestechSolanylLavergnesFelix compounds

IPLBalcanWinpakPlastech& 500 PME au Québec

Entreprise de secteurs alimentaire, emballage, hygiène, etc.

ENTREPRISES TYPES

PRÉSENCE REGIONALE

Non Non Oui Oui Oui

positionnement du projet

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

Polymère synthétique

Amidon

Plastifiant

PPP

metering

vacuumventing

Side-feeding Leistritz Twin Screw 34 mm

Extruder

Starch

Extrusiondie

PPPP PPPP PPPP

PPPPPP

Puller &Cutter

Liquid feedAir or water cooling

23

Prototypes Pièces moulées Feuilles extrudés. Feuilles de mousse. Pellicules minces Contenants thermoformés

Publications 2007 -2011

SujetsPLA/TPS : 4Cristallisation PLA : 2Moussage PLA : 3Nanocomposite bio: 3

Principaux CollaborateursHongbo LiNathalie ChapleauMihaela MihaiBasil Favis

Perspectives Croissance importante des plastiques

biosourcés et compostables

Normes et support législatif grandissantpour le compostage des matières organiques– Besoin pour bioplastiques compostables

Expertise et volonté existent au Québec pour être proactif et devenir leader dans cedomaine

Merci