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Les bioplastiques : enjeux & perspectives Fabrice Stassin , Resp. Développement Commercial

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Les bioplastiques : enjeux & perspectives

Fabrice Stassin, Resp. Développement Commercial

Pourquoi substituer les pétroplastiques par les bioplastiques ?

- Les plastiques ne représentent que 4-6 % de la consommation mondiale de pétrole(leur combustion génère des gaz à effet de serre (GHG))

Le recours à des bioplastiques préparés à partir de matières premièresrenouvelables n’affectera donc que très peu le niveau de consommationde pétrole MAIS pourrait rendre les producteurs et transformateursde plastiques moins dépendants à la volatilité du cours du pétrole (prix des polyoléfines a augmenté de 40 % en quelques semaines)

- Sources de pollution visuelle et dégradation très lente dans l’environnement (règle des 10 secondes / 1 heure / 100 ans)

- Plastiques biodégradables sont une solution au problème du manque de place dans les centres d’enfouissement SI une filière de traitement des déchets est mise enplace (compostage ou incinération, aucune émission nette de GHG)

Véritable besoin de plastiques issus de matières premières renouvelables, respectant l’environnement et démontrant

un équilibre coût / performance optimum

Pourquoi quitter les pétroplastiques pour adopter les bioplastiques en emballage ? (suite)

40 %

24 %

17 %

11 %8 %

Papier, cartonVerrePlastiquesMetalAutres

Matériaux utilisés dans l’emballage en EU Utilisations du plastique en EU

! Répartition en poids !50 % des biens emballés

dans du plastique

Utilisations du plastique d’emballage en EU

Consommation des plastiques d’emballage par type de plastique en EU

EmballageDomestiqueConstructionAutomobileIndustrie

Agro-alimentaireEntretienHygiène, santéProduits industrielsTransports

65 % 15 %

10 %10 %

38 %

22 %18 %

7 %

7 %5 %

3 %

AgricultureAutres

L(L)DPEHDPEPPPETPSPVCEPS

33.5 %

22.4 %19 %

11 %7.5 %

Répartitions pondérales (données pour l’EU)

5 %

1.6 %

Matériau polymèreaprès utilisation

et/ou

Détérioration physico-chimique Biofragmentation

Mécanique (broyage), irradiation UV, thermique (pasteurisation)

Bactéries, champignons, vers de terre, insectes,…

Augmentation de la surface en contact avec les microorganismes

Phase 1

Phase 2

métabolites

CO2/CH4, H2O

Bioassimilation

Digestion par microorganismes et enzymes

Minéralisation

Mécanisme de biodégradation : deux phases essentielles

Quel impact à la mise en compost sur l’intégrité de l’emballage ?

Green PLACertification scheme

EN 13432ASTM D6400

EN 13432DIN V 54900EN 13432ASTM D6400

Standard

Logo

JaponFinlandeUSABelgiqueAllemagnePays

BPSJätelaito -Syhdistys

BPI / USCCAIB -Vinçotte

DIN-CertcoIBAW

Organization

Mouvement de globalisation amorcé avec phénomène de certification croiséeEx : Procédures simplifiées pour obtenir le logo BPI si on a déjà le logo BPS

A l’avenir, 1 à 2 logos doivent subsister afin de ne pas embrouiller le consommateur potentiel ! ! !

Qui certifie les bioplastiques pour l’emballage dans le monde ?

NON-BIODEGRADABLE

ISSU

S DE

MPR

BIODEGRADABLE

ISSU

S DE

RF

MPR : matières premières renouvelablesRF : ressources fossiles

Plupart des cellulosesdérivatisées(ex : cellophane)Thermosets

AmidonPLAPHA

PCL, PBT, PBS, PBA, PEA, …

Majorité desplastiques (PE, PP, PS, PVC,PET, PMMA, …)

Echelle du labo

Echelle industrielle

Nouveaux venus dans le monde des plastiques (Cargill-Dow, Galactic, Novamont, P&G, ..)

Chitine, chitosan,gluten, lignine, …

Grands groupes historiques (Solvay, Dupont, Eastman, Bayer, …)

?

Pétroplastiques versus Bioplastiques

Le PLA : futur polymère de commodité ?

- ROP vs Polycondensation- Conversion en produit fini

aisée (thermoformage, moulage par injection, blow moulding, …)

- Films à haute valeur ajoutée- Récipients rigides thermoformés- Fibres de PLA (non-tissés)

Un bref aperçu des propriétés …

Propriétés chimiques :

P((L,L)-LA) (semi-cristallin) / P((D,L)-LA), P(meso-LA) (amorphe)

Propriétés thermiques :

P((L,L)-LA) (PLA) Tg (50 – 60 °C), Tm (150 – 170 °C)

Propriétés mécaniques :

PLA - faible résistance à l’impact- rigidité, résistance à l’impact et élasticité proches du PET- bonne rétention du twist

Autres propriétés :

PLA - bonne barrière aux odeurs, aux huiles- faible barrière aux CO2, O2 (< amidon) et eau (> amidon)- haute énergie de surface impression facile

Emballage de bonbons en PLABonne rétention du twistHaute transparence

Récipients pour produits liquides en PLA

Transparence contrôlée par taux de cristallinitéAucune biodégradation à 25 °CFacile à imprimer

Récipients pour fruits et légumes en PLATransparence contrôlée par taux de cristallinitéAucune biodégradation à 25 °CPerméabilité à la vapeur d’eau plus élevée que celle des plastiques traditionnels, extension de la DLU

PLA en emballage alimentaire …

Transport : - Mélanges à base de PLA (fibres, nanocharges) (Toyota)

Textile : - Fibres pour non-tissés (applications one-shot) (Ingeo de Cargill & Dow)

PLA pour utilisations diverses …

Electronique : - Pièces injectées (clé USB, walkman) (Fujitsu, Sony)- CD en PLA (Sanyo) (5 millions de CD pour 2005 ?)- Boîte et film d’emballage du CD en PLA aussi !

Wallonie :

- Betterave : 60000 ha en 2002 dont 43 % en Hainaut (2002)

- Céréales : 178000 ha en 2002- Maïs : 55000 ha en 2002

54%

26%

9%

8%

3%

Prés, prairiesMaïsCéréalesBetteravesPdt

Ressources agricoles pour la production de PLA :

Les PHA : les bactéries à la rescousse !

PHA = polyhydroxyalkanoates

- Production via fermentation par un micro-organisme- Polymère de réserve pour les microbes- Taux de cristallinité de 40 % à 80 %- Homopolymères : P(3HB) (poly(3-hydroxybutyrate)) (R = CH3)

P(3HV) (poly(3-hydroxyvalerate)) (R = CH3CH2)- Copolymères (statistiques) : P(3HB-co-3HV) (Biopol ©)

P(3HB-co-3HHx) (Nodax ©)- Biopol est un produit Metabolix (USA) - Nodax est un produit Kaneka (JP) / Procter & Gamble (USA)- Encore trop cher pour en faire un plastique de commodité !!!

ex : P(3HB-co-3HV) à 10 – 12 euro / kg en 2003 prévu à 2,5 – 3 eurod’ici 2010 selon Metabolix

x = 1, R = H ou C1 – C16

Les bioplastiques obtenus par polycondensation :de la pétrochimie à la biochimie …

NON OUI

NON

OUI

BIODEG.

En MPRPBS

1. Pétro-route : Showa High Polymer (JP)2. Bio-route : Mitsubishi Chemical (JP)

1.

2.

Du PontShellShowaMitsubishiEastmanBASF

Potentiel de substitution technique du PET, PLA, PPPrix PBS < Prix PLA

La filière des bioplastiques : du monomère au consommateur final !

Producteur de céréales

Production du bioplastique

Transformation du bioplastique

Grande distribution

Consommateur final

Gestionnaire des déchets

Petits transformateurs (sachets de caisse, sacs poubelles)Géants de la transformation (films, récipients)

Le développement du marché des bioplastiquesest très largement dépendant des décisions deschaînes de distribution et des producteurs d’aliments bio (organic food)

Les emballages bioplastiques : le contenant et son contenu !

Films (sachets, films d’emballage)Récipients (tasses, gobelets, bouteilles, raviers)

Marques de distributeurs (private labels)‘Organic food’Fruits et légumes fraisBoulangerieBoucherieTraiteursSachets de sortie de caisse

Eco-marketingMARCHESTESTS

Restauration rapide (fast-food)Restauration évenementielle

Les bioplastiques et leur environnement SLEPT

Social- La sensibilité de la population aux problèmes environnementaux ne cesse de croître- Consommateurs prêts à payer un ‘price premium’ pour des emballages biodégradables

(Projet Kassel)

Légal

- Réduction des émissions de gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto)- Absence de dispositions fiscales (tax incentives) à l’égard des bioplastiques- Absence de filière spécifique des bioplastiques ! Laquelle choisir ?

Compostage industrielFraction fermentiscible

Collecte des PMCDissolution alcaline

Ordures banalesIncinération / Décharge? ? ?

Economique- Le prix du pétrole va augmenter (réserves jusque 2050, mais spéculation bien avant

lors du dépassement du point 50/50) nécessité pour le monde occidental de réduire sa dépendance vis-à-vis de la péninsule arabique

- Le prix des matières premières renouvelables diminue (procédés d’extraction + efficients)- Les coûts de production unitaire des bioplastiques diminuent (courbe d’expérience)

pour égaler les coûts de production unitaire des pétroplastiques d’ici 2010-2015

Politique

- Développement des politiques de développement durable (3P : people, profits, planet)- Volonté d’ indépendance énergétique du monde occidental- Question des OGM dans les procédés de production de certains bioplastiques (ex : pas de

PLA chez Tesco au Royaume-Uni)- Doit-on mettre en place des incitants économiques (subsidiation d’un choix politique)- Les bioplastiques : une source de diversification pour les agriculteurs (politique des quota)

Technologique

- Les performances des bioplastiques sont encore pour la plupart inférieures à celles de pétropolymères Nécessité d’efforts importants en R&D pour augmenter le spectre du potentiel de substitution technique (à l’assaut du PE, PP, PS et PET ?)

- La transformation (conversion) de ces bioplastiques par des méthodes conventionnelles (extrusion, moulage par injection, soufflage de films) nécessitent des aménagements et modifications du parc-machines

- Introduction des additifs permettant de rendre les pétropolymères (PE, PP, …) ‘dégradables’ ?

- Confusion entre différents termes (biodégradable, compostable, fragmentable, oxo-dégradable) au détriment des véritables bioplastiques

Le marché des bioplastiques en chiffres …Marché EU des bioplastiques (kT)

30

500

1000

750

1400

2000

875

1750

3000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2002 2010 2015 2020

Sans P&M

Avec P&MForte croissance

0.1

0.9

1.7

1.1

2.2

3

1.25

2.5

4.7

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

2002 2010 2015 2020

Sans P&MAvec P&MForte croissance

Marché EU des bioplastiques en % du marché EU des plastiques

45000kT

57000kT

65000kT

80000kT

Marché EU des plastiques

Temps

Vol.

vent

es (k

T)

BP : bioplastiquesPP : pétroplastiques

BP

PP

Production toujours au niveau pilote Passage de la synthèse bactérienne à la synthèse par la plante OGMNécessité de faire diminuer le prix du PHA aux alentours de 1.5 €/kg (infos P&G)

Capacité de production de PLA prévue pour 2010 = 500 kT/an (Cargill-Dow)Nécessité de faire diminuer le prix du PLA aux alentours de 1.3 €/kg (infos Cargill-Dow)Question des OGM dans la production du PLA (amidon extrait de maïs OGM)Solution de Galactic (procédé biotech de production du LA à partir de jus de betterave)Future utilisation par Toyota du PLA sous forme microcellulaire et/ou en tant que nanocomposite dans les automobiles

Mélanges avec PCL, PVA ou amidon purNécessité de faire chuter les prix

Biopol (P(3HB-co-3HV))Nodax (P(3HB-co-3HHx))

MetabolixP&G

10 – 12/

0.050.0005

1.10.25

PHA

Nature-worksIngeo Fibers

//

Cargill-Dow

ToyotaGalactic

2.2 – 3.4

//

70(100 en 2003)(140 en 2004)

//

140

//

PLA

Mater-BiSolanyl

Ecofoam

NovamontRodenburgNational Starch

3.01.0/

253

20

354020

Amidon

Nom du produitLeadersPrix (€/kg)

Production globale en

2002 (kT/an)

Capacité de production

globale en 2003(kT/an)

Type de bioplastique

La vision Toyota, une vision éclairée ? …

Communiqué Reuters Mars 2004

2020 : CA vente de bioplastiques par Toyota (2ème prod. mondial d’automobiles) est prévu à 38 milliards de US $ pour 2020 (maîtrise des 2/3 du marchéglobal des bioplastiques = 20.000 kT ), soit ¼ du CA du groupe en 2003(marché global des plastiques confondus prévu à 150.000 kT/an)

2003 : première utilisation du PLA dans ses voitures et vente de PLA à Shiseido

amorçage de collaborations avec + de 60 sociétés (Fujitsu, NEC, …)2004 : production de 1.000 tonnes/an de PLA à Toyota City2007 : production prévue à 50 kT/an

Situation des bioplastiques au Japon

2003 : 10 kT, soit 0.07 % du marché japonais des plastiques (14.000 kT)2010 : 560 kT (prévision fournie par Toyota)

Toyota Motor Vente aux clients externes

Client interne !

Produire plus et plus vite Courbe d’expérience !!!

Petite échelle

Upscaling

Grande échelle

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

2000 2005 2010 2015 2020 2025

Evolution des capacités de production globale de bioplastiques

Projection temporelle du prix des bioplastiques et des pétroplastiques (€/kg)

Polyesters (PLA, PHA, …)

PET

21 %LDPEPPPVCHDPEPET

Production de plastiques par nature en EU

21 %

16 %13 %

13 %

8 %8 %

45.000 kT en 2002

PSAutres

PEPPPSPVCPET

0.8 – 1.11.0 – 1.11.0 – 1.11.0 – 1.50.9 – 1.1

€/kg

80%Amidon

20%PEs

20%Amidon

80%PEs

50%Amidon

50%PEs

2003 2010 2020

Amidon AmidonPLA PLA(Cargill Dow)

PEs = PLA + autres polyesters aliphatiques

AgricultureEmballageFibresTransportsAutres

25 %

75 % 70 %

30 % 25 %

50 %

25 %

20 %

50 %

20 %

10 %

20 %

55 %

PLA(Hycail)

+ Autres

Développement technologique et de marché des bioplastiques : Un pipe-line bien fourni !

-PBT : production de butanediol par fermentation à optimiser-PBS : production d’acide succinique et de butanediol par fermentation

à optimiser-PHA : procédé de fermentation encore trop cher et taux de conversion

encore trop faible-PTT : production de propanediol par fermentation à optimiser-Cellulosiques : trop chers et trop polluants à produire-PLA : pénétration des marchés de ‘commodity plastics’-Amidon : avenir ‘loose-fill packaging’ ≠ avenir des résines thermoplastiques

Réceptivité des consommateursNécessité de dispositions fiscales et réglementaires (filière des déchêts)Continuité dans l’effort pour réduire les coûts de production (relation production-capacité, sourcing des matières premières)Politique du développement durable (de l’économie du pétrole à l’économie des hydrates de carbone)Gros efforts de R&D pour doper les propriétés de ces bioplastiques Efforts de communication

Contraintes et opportunités pour le développement des bioplastiques

Faites nous connaître vos besoins de services et de projets R&D sur les (bio)plastiques

Une visite d’Agro-food Valley est toujours possible !N’ hésitez pas à nous contacter !

Agro-food Valley : Centre de Recherches Agro-industrielles

“Transformons les idées en actions !’’