I reparti di ricerca del Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV stanno collaborando con 18 partner per sfruttare il potenziale delle proteine come materie prime rinnovabili nell'industria chimica, compresa la produzione di pitture e vernici.
Con l'idea di utilizzare le promettenti proprietà tecno-funzionali delle proteine vegetali per applicazioni industriali, il Fraunhofer Institute, insieme ad altri partner, ha creato il progetto TeFuProt (abbreviazione di “technofunctional protein”), che mira a distaccarsi dal petrolio e fare maggiore uso di materie prime rinnovabili come leganti o collanti per l'industria chimica. Di conseguenza si potrebbe così contrastare anche la scarsità delle materie prime fossili e l'aumento del loro prezzo a lungo termine.
Semi di colza come fonte di proteine
La lavorazione di materie prime agricole, come i semi di colza, produce grandi quantità di proteine che sono un sottoprodotto del recupero dell'olio di canola, un processo che estrae l'olio dal seme. Solitamente i sottoprodotti contenenti proteine, la cosiddetta farina di colza e il panello di semi di colza, sono scartati.
Grazie alle loro proprietà funzionali, come la capacità di formare espansi, gel e film, e alla loro capacità di trattenere l'acqua, le frazioni proteiche dei panelli di semi di colza hanno un enorme potenziale per una vasta gamma di applicazioni tecniche: sono ideali come additivi per pitture, vernici, collanti, lubrificanti, materiali edili, detergenti e polimeri. Si potrebbe così ridurre anche la dipendenza dalle risorse fossili e promuovere una produzione rispettosa del clima.
“Fino ad ora questo residuo è stato utilizzato principalmente come prodotto alimentare nell'allevamento del bestiame. Ma questo utilizzo è limitato a causa delle sostanze amare contenute” spiega Andreas Fetzer, scienziato del Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV di Freising. "Le proteine vegetali stanno aprendo la porta allo sviluppo di nuovi prodotti sostenibili a base biologica con proprietà migliorate".
I ricercatori del Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV hanno avuto il compito di studiare come isolare le proteine dalla farina di colza e dai panelli di semi di colza e di sviluppare i processi necessari.
Erano inoltre responsabili della modifica e della pre-formulazione delle proteine, in modo che fossero consegnate ai partner di sviluppo per i test sotto forma di polveri essiccate o in soluzione liquida. Sono state anche analizzate le proprietà tecno-funzionali come la solubilità, il comportamento schiumogeno ed emulsionante, nonché le proprietà filmogene. Oltre al Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV, anche ANiMOX GmbH e Naturstoff-Technik GmbH (2014-2017) sono stati incaricati di produrre e raffinare la proteina.
Applicazioni nell'industria delle vernici e dei rivestimenti
In particolare, le proprietà filmogene hanno prodotto risultati di prova convincenti.
“Dopo l'essiccazione delle proteine disciolte in acqua, a cui è stato aggiunto un plastificante a base biologica in una piastra di Petri, l'acqua evapora e le proteine si reticolano per formare un film stabile. Pertanto, le proteine sono principalmente adatte come agenti leganti alternativi in pitture e vernici, tinte per legno o rivestimenti per parquet che di solito contengono materie prime a base di petrolio. Gli acrilati, ad esempio, possono essere sostituiti da preparati proteici", spiega Fetzer.
Fetzer e i suoi colleghi hanno recuperato con successo quattro tipi di proteine attraverso quattro processi nettamente diversi.
“Disoleiamo, maciniamo e sciogliamo il panello di semi di colza in acqua. La miscela viene quindi centrifugata per separare i solidi dai liquidi. Successivamente raffiniamo l'estratto acquoso con le proteine disciolte”, afferma lo scienziato. Gli isolati proteici recuperati hanno spesso un contenuto proteico superiore al 90%.
I prototipi già disponibili e gli sviluppi futuri
Il lavoro congiunto e a lungo termine dei 18 partner ha già permesso di realizzare una serie di prodotti promettenti, alcuni dei quali sono disponibili come prototipi. Questi includono film biodegradabili che si possono utilizzare come materiale da imballaggio per pastiglie detergenti o come coperture per piante, pannelli di fibra dai residui di produzione e agenti leganti modificati con proteine di semi di colza. Completano l’elenco delle soluzioni innovative anche le schiume isolanti ignifughe per il settore edile o il polistirolo per imballaggi, la protezione di fibre e inibitori del trasferimento di colorante in detersivi ecologici, i componenti addensanti per lubrificanti o leganti per lacche lubrificanti e gli additivi in detergenti universali per superfici in legno
"In molti casi, abbiamo integrato le proteine nei prodotti con successo e generato proprietà dal valore aggiunto", afferma il ricercatore.
I prossimi passi mirano a ottimizzare i preparati e renderli pronti per il mercato, al fine di sostituire i prodotti a base petrolchimica con quelli a base biologica.