Kevin Yang di eSUN: il percorso tecnico, i vantaggi e il mercato futuro del riciclo chimico del PLA

Nel 2006, con l'apertura del codice sorgente della tecnologia, la stampa 3D (produzione additiva) ha iniziato a prendere piede in Europa e in America. All'epoca, tuttavia, la stampa 3D era ancora un campo di ricerca di nicchia in Cina, che stava appena iniziando a trovare applicazioni in settori industriali come la produzione aeronautica.

L'acido polilattico (PLA) è un tipo di poliestere ricavato dalla fermentazione di amido vegetale derivato da mais, manioca, canna da zucchero o barbabietola da zucchero. Gli zuccheri presenti in questi materiali rinnovabili vengono fermentati in acido lattico, che viene poi polimerizzato in acido polilattico (PLA).

eSUN è stata fondata nel 2002, inizialmente specializzata nella ricerca e sviluppo di prodotti come esteri lattici, acido polilattico (PLA) e policaprolattone (PCL). Dopo cinque anni di esperienza, eSUN ha deciso di concentrarsi sui materiali per la stampa 3D come una delle sue principali direzioni di sviluppo. Nel 2007, è stata la prima al mondo a lanciare materiali per la stampa 3D a base di acido polilattico e ha successivamente fondato il marchio "eSUN", che è ora diventato uno dei marchi di riferimento a livello mondiale per i materiali per la stampa 3D. Nel 2006, l'azienda ha avviato la ricerca sul riciclo e il riutilizzo ad alto valore dell'acido polilattico.

Da un lato, eSUN ha ampliato orizzontalmente le applicazioni dei suoi prodotti; dall'altro, ha anche approfondito i suoi sforzi verticalmente, cercando di costruire una filiera industriale a ciclo chiuso verde per l'acido polilattico.

Nel 2013, eSUN ha creato una "linea di produzione di lattide per il riciclo chimico da 5.000 tonnellate all'anno" sviluppata internamente a Xiaogan, Hubei, inizialmente creando un sistema tecnico ecologico a ciclo chiuso, dalla sintesi e modifica dei materiali all'applicazione, alla lavorazione dei sottoprodotti e al riciclo chimico dei polimeri.

Nel dicembre 2023, eSUN ha completato l'acquisizione di una quota azionaria del 51,265% in Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd. (di seguito denominata "Hengtian Changjiang"), segnando un'altra importante pietra miliare nello sviluppo orizzontale delle applicazioni e nell'espansione verticale della catena industriale di eSUN.

Ora, Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd., che si concentra principalmente sulla ricerca e sviluppo e sulla produzione di fibre di acido polilattico e prodotti correlati, è stata ufficialmente rinominata EsunFiber (Suzhou) Co., Ltd. (di seguito denominata "eSunfiber"). Grazie a questa acquisizione, eSUN ha completato la sua strategia in quattro principali settori applicativi: biomedicale, stampa 3D, fibre ecocompatibili e packaging sostenibile, consolidando ulteriormente la sua filiera industriale green a ciclo chiuso, dal riciclo chimico dell'acido polilattico in lattide alla filatura diretta per fusione delle fibre di acido polilattico.

"All'inizio della filiera industriale, abbiamo costruito un impianto di sintesi del lattide da 5.000 tonnellate/anno a Xiaogan, Hubei. Oltre a utilizzare l'acido lattico come materia prima, possiamo anche produrre lattide da acido polilattico riciclato. Alla fine della filiera industriale, eSun New Materials utilizza il lattide come materia prima per produrre fibre di acido polilattico. In questo modo, abbiamo stabilito collegamenti a monte e a valle all'interno della filiera industriale, ottenendo al contempo vantaggi complementari a livello tecnico", ha affermato Kevin Yang.

Secondo European Plastics, nel 2021 la capacità produttiva totale globale di materiali biodegradabili era di 1,553 milioni di tonnellate, mentre la produzione globale di prodotti in plastica ha raggiunto i 390 milioni di tonnellate nello stesso periodo.

Questo enorme divario rappresenta un immenso potenziale di mercato.

Nel contesto di tempistiche globali sempre più stringenti per restrizioni e divieti sulla plastica, l'acido polilattico (PLA), uno dei materiali biodegradabili più promettenti, è entrato negli ultimi anni in un ciclo di espansione della capacità produttiva globale. Dal 2020, attori internazionali come TotalEnergies, Corbion e NatureWorks, così come aziende nazionali come Fengyuan Group, Hisun Biomaterials, Jindan Technology, Kingfa Sci. & Tech. e Wanhua Chemical, hanno attivamente ampliato le capacità produttive per cogliere le opportunità di crescita in questo settore emergente.

Yang Yihu ritiene che, sebbene la capacità produttiva delle materie prime si stia espandendo rapidamente, le applicazioni a valle potrebbero non essere ancora del tutto pronte ad assorbire la nuova fornitura.

"La nostra valutazione è che, sebbene la capacità produttiva di PLA a monte stia crescendo rapidamente, se le applicazioni a valle rimangono sottosviluppate, il mercato potrebbe avere difficoltà a soddisfare un tale aumento dell'offerta di materie prime", ha affermato Yang Yihu. "Infatti, già nel 2006, abbiamo iniziato a concentrarci sullo sviluppo di applicazioni PLA a valle e a esplorare il riciclo chimico dei rifiuti post-consumo, con l'obiettivo di colmare le lacune nello sviluppo del settore. Oltre alla stampa 3D, ci siamo strategicamente espansi nei settori biomedicale, delle fibre ecocompatibili e dei prodotti biodegradabili, formando quattro principali segmenti applicativi".

"Negli ultimi anni, con i divieti e le restrizioni globali sulla plastica, uniti alla crescente maturità dei biomateriali, in particolare della tecnologia PLA, il mercato dei materiali biodegradabili ecocompatibili si è gradualmente ampliato. Abbiamo dedicato maggiori sforzi allo sviluppo di applicazioni in questo campo. Oggi, i nostri prodotti biodegradabili monouso e i prodotti in fibra ecologica sono diventati il ​​secondo motore di crescita dopo i materiali per la stampa 3D, e anche i nostri prodotti a base di esteri lattici, ottenuti tramite riciclo chimico, hanno registrato una rapida crescita. I principali produttori nazionali di fotoresist utilizzano i nostri esteri lattici di grado elettronico. Sebbene i volumi siano ancora modesti, le prospettive applicative sono promettenti", ha spiegato Kevin Yang.

Il PLA di scarto può essere riciclato attraverso processi chimici o meccanici. Sebbene i rifiuti possano contenere contaminanti, il PLA può essere sottoposto a riciclo chimico tramite depolimerizzazione termica o idrolisi per produrre monomeri, che possono poi essere utilizzati per produrre nuovo PLA. Inoltre, il PLA può essere riciclato chimicamente tramite transesterificazione per produrre lattato di metile.

"Il nostro modello proprietario di innovazione di coproduzione a configurazione X consente di diversificare le fonti di materie prime e i prodotti finali, aumentando così la flessibilità della linea di produzione, migliorando l'efficienza del sistema e riducendo il consumo energetico e i costi", ha aggiunto Kevin Yang. "Possiamo produrre lattide sia da acido lattico che da PLA riciclato, che può poi essere polimerizzato in vari biomateriali. Ad esempio, utilizzando PLA riciclato come materia prima, il lattide ad elevata purezza può essere ulteriormente polimerizzato in PLA, policaprolattone (PCL) o polioli, mentre i sottoprodotti di purezza inferiore possono reagire con l'etanolo per produrre esteri lattici chimicamente puri. In alternativa, il lattide ad elevata purezza ottica può essere utilizzato direttamente come materia prima per esteri lattici ad elevata purezza."

Nel 2012, dopo sei anni di ricerca e sviluppo dedicati, eSUN ha ufficialmente depositato una domanda di brevetto per"Un metodo per preparare lattide raffinato da acido polilattico riciclato", che è stata concessa con successo nel 2014. Questa tecnologia rivoluzionaria, la prima del suo genere a livello mondiale, consente il recupero di lattide ad elevata purezza ottica da PLA riciclato, mentre i sottoprodotti possono essere riutilizzati per produrre vari esteri lattici. Ha risolto la sfida mondiale del riciclo e del riutilizzo di materiali biodegradabili, completando il ciclo chiuso della filiera industriale e stabilendo un"circolare verde"economia.

Nel frattempo, negli ultimi anni il problema dello smaltimento inadeguato a fine vita delle plastiche degradabili ha ottenuto un riconoscimento sempre maggiore. Secondo unRapporto di ricerca sulla valutazione dell'impatto ambientale e sul sostegno politico alla plastica degradabilepubblicato congiuntamente dall'Università Tsinghua e dalla Sinopec,Il 96,77% della plastica biodegradabile cinese finisce incenerita o smaltita in discarica,3,1% di dispersione nell'ambiente, e soloLo 0,007% entra in impianti specializzati di biodegradazioneper la decomposizione completa.

La Commissione EuropeaDirettiva 2021 sulla plastica monouso (SUP)vietate le plastiche degradabili ossidativamente, biodegradabili e compostabili nei prodotti di plastica monouso.Regolamento sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio (PPW) del 2022impone chetutti gli imballaggi dovranno essere riciclabili o riutilizzabili entro il 2030. UNProposta del 2023 per la regolamentazione dei veicoli fuori uso (ELV)richiede inoltre chei nuovi veicoli contengono almeno il 25% di plastica riciclata, sottolineando la circolarità nell'uso dei materiali.

Queste politiche indicano che l'UE sta promuovendo i concetti di riduzione della plastica, circolarità e riciclo. Tuttavia, l'attuazione di queste normative potrebbe anche limitare i piani di espansione dei produttori di plastica biodegradabile, sollevando la seguente domanda:La plastica biodegradabile ha ancora un futuro?

Kevin Yang ritiene che, sullo sfondo della neutralità carbonica, L'origine biologica del PLA rimane significativa e preziosaPertanto, l'attenzione dovrebbe ora spostarsi sullo sfruttamento dei vantaggi dell'PLA insequestro del carbonio e rispetto dell'ambiente.

Da un lato, bisognerebbe sforzarsi disviluppare e promuovere prodotti PLA durevoli, come la cancelleria in PLA a lunga durata o le tazze in PLA lucido simili alla ceramica. D'altra parte,il riciclo e il riutilizzo post-uso devono essere prioritari.

"Da un punto di vista tecnico, il riciclo chimico del PLA presenta dei vantaggi rispetto ad altre materie plastiche come il PET o il TPU",Yang Yihu ha spiegato."Il PLA ha un solo monomero, il lattide, quindi dopo il riciclo è possibile ottenere lattide ad alta purezza attraverso un semplice processo di purificazione. Dal punto di vista economico, il PLA riciclato può sostituire parzialmente le materie prime a base di amido o zucchero, attenuando la futura concorrenza tra le materie prime del PLA e le risorse alimentari."