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Come si degradano gli imballaggi compostabili?

Da Closed Loop Partners e l’industria del compostaggio USA uno studio sulla degradazione degli imballaggi compostabili

imballaggi compostabili
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(Rinnovabili.it) – Cosa vuol dire “imballaggi compostabili” e qual è il ruolo del packaging all’interno delle politiche Rifiuti Zero? Per rispondere a questa domanda Closed Loop Partners e la coalizione Composting Consortium hanno ideato e lanciato un progetto di studio su larga scala. L’obiettivo? Monitorare tempi e modalità di degradazione e, attraverso i dati raccolti, lanciare una banca dati open source a partire dalla quale definire nuovi standard internazionali per chiudere il cerchio dell’economia nell’industria alimentare. 

“Il cambiamento dei sistemi inizia con la comprensione di ciò che è vero in una supply chain oggi e la collaborazione con le parti interessate per creare il futuro che vogliamo vedere”, ha detto Kate Daly, Managing Director del Center for the Circular Economy presso Closed Loop Partners. “Siamo grati per la nostra partnership con i leader del settore e gli operatori di impianti di compostaggio, per identificare un percorso che devii una quantità maggiore di risorse dalla discarica e dar loro valore per i produttori di compost”.

Compostable Packaging Degradation Pilot

Secondo l’Agenzia dell’Ambiente negli USA ogni anno solo il 4% dei rifiuti alimentari viene avviato al compostaggio. Mentre cambiano l’economia e i sistemi produttivi, numerosi enti di ricerca pubblici e privati stanno aumentando gli sforzi per far crescere queste percentuali e introdurre gli imballaggi compostabili all’interno di un ciclo di rifiuti virtuoso. 

Sono diverse le città americane già all’opera nella definizione di nuovi obiettivi ambientali, al punto che le stime affermano che, tra il 2020 e il 2027, il mercato del packaging compostabile potrà crescere annualmente del 17%. In questo contesto risulta fondamentale sgomberare il campo da equivoci e smascherare i prodotti presentati come ecocompatibili ma che in genere non lo sono e finiscono per contaminare i cicli di compostaggio e rallentare le attività degli impianti. 

Anche per questo Closed Loop Partners ha lanciato Composting Consortium, una rete di partner industriali con la quale ha costruito Compostable Packaging Degradation Pilot, uno studio collaborativo della degradazione degli imballaggi presentati come “compostabili”. 

La finalità della ricerca è innanzitutto quella di affinare i dati a disposizione su come prodotti alimentari e imballaggi vengono gestiti all’interno degli impianti di compostaggio. Nella partnership alla guida del progetto ci sono il mondo delle imprese e della ricerca impegnati nella riduzione degli scarti: Ag Choice; Atlas Organics; Black Earth Compost; The Foodbank, Inc. di Dayton, Ohio; Happy Trash Can Curbside Composting; Napa Recycling; Specialized Environmental Technologies, Inc.’s Empire Facility; Veteran Compost e Windham Solid Waste Management.

Creare un database comune sulla degradazione degli imballaggi compostabili

A partire dai dati di questi impianti di compostaggio, lo studio Compostable Packaging Degradation Pilot esaminerà la degradazione di più di 30 prodotti certificati come compostabili: con le informazioni raccolte il Consorzio si augura di avere più conoscenze a propria disposizione per adeguare l’ azione alla crescita del settore degli imballaggi compostabili in USA, tenendo conto sia delle esigenze tecniche e operative sia di quelle commerciali di chi gestisce gli impianti. 

Lo studio è stato reso possibile dalla partecipazione dei diversi partner, tra i quali il Composting Council degli Stati Uniti (USCC), la Compost Research and Education Foundation (CREF),  il Biodegradable Products Institute (BPI), Biocycle, Resource Recycling Systems (RRS) e diverse aziende che producono imballaggi compostabili. La rete ha messo a disposizione le proprie competenze tecniche e tecnologiche per strutturare gli obiettivi, la metodologia e la base dati dello studio pilota, facendo in modo da renderli in linea con il parco impianti attualmente vigente in USA. I dati raccolti saranno consegnati a titolo gratuito al Compostable Field Testing Program (CFTP), la piattaforma internazionale no profit progettata per facilitare i test sul campo attraversi una banca dati open source sul compostaggio in Nord America. Con i risultati dello studio pilota, secondo Closed Loop Partners, si potrà accelerare la pubblicazione del database di CFTP, ma anche la definizione di uno standard unico per gli imballaggi compostabili.

“Il CFTP è stato lanciato in collaborazione nel 2016, sapendo che la nostra industria aveva bisogno di dati più aperti e disponibili sulle correlazioni tra le condizioni di compostaggio e la disintegrazione dei prodotti compostabili comuni,” ha spiegato Diane Hazard, Direttore Esecutivo della Compost Research and Education Foundation, partner fondatore del CFTP. “La Fondazione è entusiasta di far parte di questo importante lavoro. Donando i dati al CFTP, Closed Loop Partners e il suo Composting Consortium aiutano la nostra organizzazione a lanciare un database open source sui risultati della degradazione degli imballaggi compostabili”.

Dagli imballaggi compostabili all’intero ciclo del compostaggio

Lo studio è presentato come una parte di un piano di lavoro più ampio del Consorzio, che intende effettuare una disamina dei diversi aspetti del processo, a partire dal coinvolgimento dei consumatori attraverso l’etichettatura e la comunicazione sulla raccolta di imballaggi compostabili, ma guardando anche alle tecnologie attualmente esistenti e alle strategie politiche messe in campo. Alla fine il Consorzio auspica la costruzione di una vera e propria tabella di marcia per sostenere la rivoluzione delle infrastrutture che farà crescere le percentuali di compostaggio negli Stati Uniti. 

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Rinnovabili • Batterie al sodio allo stato solido

Batterie al sodio allo stato solido, verso la produzione di massa

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al sodio allo stato solido
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Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na2Sx come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • fotovoltaico materiale quantistico

Fotovoltaico, ecco il materiale quantistico con un’efficienza del 190%

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

fotovoltaico materiale quantistico
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Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.