Le innovazioni della chimica verde, declinate in tecnologie e soluzioni concrete già integrate in centinaia di prodotti d’uso quotidiano, sono sotto gli occhi di tutti.
Parlando di detersivi, l’evoluzione è particolarmente lampante: se negli anni Ottanta si utilizzavano quotidianamente detergenti basati su chimica aggressiva e alte temperature, oggi la detergenza si è trasformata in una scienza di precisione fatta di batteri ingegnerizzati ed enzimi super-specializzati che puliscono meglio dei vecchi fosfati e non lasciano traccia nell’ambiente. L’innovazione sta modificando lo stesso concetto di detersione: la forza bruta dei solventi di origine fossile, infatti, è sempre più spesso sostituita dalla precisione “chirurgica” della biologia sintetica.
La strategia europea per la chimica green
Nonostante sia stato in qualche modo frenato dall’opposizione di partiti politici e associazioni di industriali, il Green Deal europeo è ancora la guida da seguire – quella che, secondo la Commissione Europea, consentirà all’UE di ridurre le emissioni di CO2 del 90% entro il 2040. Un programma decisamente ambizioso che non riguarda soltanto l’abbandono delle auto a combustione, ma si allarga a tematiche che vanno dalla tutela delle foreste allo sviluppo di un’industria più sostenibile.
È in questo contesto che s’inserisce il documento “Chemicals strategy. The EU’s chemicals strategy for sustainability towards a toxic-free environment”, pubblicato nel 2020. La strategia europea si articola su due obiettivi fondamentali: la protezione dell’ambiente e dei consumatori e la promozione dell’innovazione.
Come si legge nei documenti ufficiali rilasciati dalla Commissione UE, non si tratta soltanto di vietare le sostanze chimiche più nocive e di affinare le tecniche di valutazione dei rischi, ma anche di promuovere la capacità innovativa per la produzione e l’uso di sostanze chimiche sicure e sostenibili – che siano tali fin dalla progettazione e durante tutto il loro ciclo di vita. Ed è su queste basi che poggia lo slancio della green chemistry, che negli ultimi anni è andata incontro a un rapido e proficuo sviluppo.
Innovazione e chimica verde: i pilastri della transizione
La transizione verso una chimica più sostenibile è resa possibile da una vivace ricerca di base orientata al raggiungimento di diversi obiettivi cardine, tra cui lo sviluppo di nuove tecnologie e nuovi processi per ottenere prodotti ad alto valore aggiunto da risorse rinnovabili o da scarti e la messa a punto di processi catalitici efficienti e sostenibili, tra cui la catalisi enzimatica.
Come riportato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, il maggior numero di studi internazionali sulla chimica verde riguarda i seguenti argomenti:
- Riduzione delle fonti d’inquinamento;
- Sviluppo di nuovi processi industriali;
- Sviluppo di prodotti chimici e materiali eco-compatibili;
- Uso dei rifiuti come materia prima;
- Analisi degli effetti ecotossicologici e ambientali della lavorazione della biomassa.
In ambito nazionale, la ricerca si concentra sui processi catalitici, sulle bioplastiche e in generale sulla bioraffineria, il processo industriale capace di trasformare biomasse rinnovabili, come scarti agricoli e rifiuti organici, in prodotti ad alto valore aggiunto come biocarburanti, bioplastiche e prodotti chimici sostenibili.
Innovazione e sostenibilità: come sono cambiati i detersivi?
Le innovazioni in materia di chimica verde trovano un’applicazione immediata e molto pratica in prodotti di uso quotidiano come quelli per la cura personale e per la pulizia della casa. I detersivi, per esempio, hanno subito una trasformazione radicale: negli anni Ottanta, contenevano alte percentuali di polifosfati, tensioattivi a base di derivati del petrolio (come il LAS – Alchilbenzene solfonato lineare) e additivi che funzionavano solo ad alte temperature, come il perborato di sodio, molto usato come sbiancante.
Oggi, al posto dei fosfati, che sono molto inquinanti, si usano zeoliti e polimeri ecocompatibili, e i tensioattivi vegetali stanno iniziando a prendere il posto di quelli derivati dal petrolio. A differenza dei detersivi di vecchia concezione, che puntavano tutto sulla chimica “muscolare” e sulla forza bruta della temperatura, quelli moderni si avvalgono dell’uso massiccio di enzimi specializzati capaci di agire sullo sporco a una temperatura di 30° o addirittura inferiore.
Secondo il Battelle World Detergent Program, che dagli anni Ottanta analizza nel dettaglio le formulazioni dei detergenti per conto della no-profit globale Battelle Memorial Institute, le tendenze più evidenti nel corso degli ultimi decenni includono:
- Rimozione dei fosfati dai detersivi per bucato e lavastoviglie;
- Passaggio dal formato in polvere a quello liquido, con evoluzione dei formati monodose;
- Formulazioni più concentrate;
- Nuove tecnologie enzimatiche efficaci a basse temperature;
- Emergere di ingredienti di origine vegetale e biodegradabili.
Ricerca e innovazione: il caso dei ramnolipidi
Uno dei campi più attivi, per quanto riguarda la ricerca di alternative più sostenibili ai vecchi composti chimici inquinanti, è quello dei tensioattivi bio-based (di origine vegetale), già ben rappresentati sugli scaffali dei supermercati. La nuova frontiera della ricerca, però, è quella dei biosurfattanti, molecole prodotte da microrganismi come lieviti e batteri attraverso processi di fermentazione che sono completamente biodegradabili ed estremamente efficienti.
Tra i progressi più promettenti in questo campo ci sono i ramnolipidi, molecole dotate di una testa formata da uno zucchero e da una coda formata da catene di acidi grassi idrossilati che vengono prodotte naturalmente da alcuni batteri tramite la fermentazione di zuccheri di origine vegetale.
La ricerca, qui, è un vero e proprio fattore abilitante: in condizioni naturali, Pseudomonas aeruginosa può causare infezioni e produce quantità minime di ramnolipidi, così gli scienziati hanno preso le istruzioni genetiche responsabili della creazione dei ramnolipidi e le hanno inserite in batteri e lieviti sicuri, dopodiché hanno ingegnerizzato questi microrganismi affinché producessero grandi quantità di tensioattivi biologici.
Grazie alla produzione di massa, il costo dei ramnolipidi è calato drasticamente, e queste nuove soluzioni stanno finalmente raggiungendo gli scaffali dei supermercati, soprattutto all’interno di detersivi concentrati per piatti e prodotti per la pulizia del bucato.
Formulazioni innovative: dove va la ricerca?
Oggi, la ricerca ha smesso di concentrarsi sul “potere pulente” delle nuove formulazioni per spostarsi verso nuove frontiere, come la biologia applicata e la riduzione dell’impronta idrica delle pulizie. La chimica della pulizia, in particolare, sembra indirizzata su alcune direttrici principali:
- Detersivi probiotici: oltre ai ramnolipidi, si stanno introducendo veri e propri batteri (vivi) nelle formulazioni per pavimenti e superfici, che saranno in grado di agire per giorni dopo il lavaggio;
- Iper-concentrazione dei prodotti: per evitare di spostare grandi quantità d’acqua, la ricerca si sta indirizzando verso formati super-concentrati come detersivi solidi, laundry sheets e capsule a membrana intelligente che non rilasciano microplastiche;
- Detergenti a rilascio istantaneo: si stanno studiando cocktail enzimatici ultra-rapidi che massimizzano l’azione meccanica della lavatrice nei primi 15 minuti di lavaggio, permettendo di pulire a fondo anche a 20°C;
- Enzimi estremofili: la ricerca su enzimi capaci di lavorare a temperature vicine allo zero, come quelli che vivono sui ghiacciai o sui fondali oceanici, persegue l’obiettivo di eliminare del tutto la necessità di scaldare l’acqua per in lavatrice o in lavastoviglie (che rappresenta il 90% del consumo energetico di un lavaggio).
Il settore dei detersivi sta infine abbracciando il concetto di “circolarità”: il prossimo passo, già in fase di scaling industriale, è quello di usare le emissioni di CO2 dell’industria per sintetizzare nuovi tensioattivi.
