15 febbraio 2025
Come può l'industria di confezionamento ridurre responsabilmente il proprio impatto ambientale? La scienza dei materiali trabocca di idee innovative.
Alcune delle più grandi scoperte scientifiche sono nate dal lavoro di squadra e il settore del packaging per alimenti e bevande è ricco di opportunità di innovazione collaborativa. Collegando settori essenziali come la sostenibilità, lo sviluppo dei materiali e la sicurezza degli alimenti, l'industria di confezionamento ha fatto grandi passi avanti per ridurre l'impronta ambientale delle confezioni e migliorarne la riciclabilità, mantenendo al contempo sicuri gli alimenti e le bevande. Ma c'è molto spazio per ulteriori innovazioni.
"Collaboriamo con scienziati e ricercatori di spicco in diversi settori per esplorare le tecnologie più recenti e i nuovi materiali, in modo da poter continuare a far evolvere le nostre confezioni di cartone
verso le confezioni alimentari1 più sostenibili al mondo", spiega Joakim Tuvesson, vicepresidente di Materials and Packaging di Tetra Pak.
Imparare dal passato per innovare il futuro
La scienza dei materiali ha fatto passi da gigante nell'ultimo secolo. La nostra comprensione dei potenziali utilizzi dei materiali è anni luce avanti rispetto a decenni fa, e questo offre ai ricercatori un ampio campo di opportunità in cui giocare.
"Basti pensare a Bill Hoyt, il saltatore con l'asta vincitore dell'oro alle Olimpiadi del 1896, che usò un'asta di legno di noce per raggiungere un'altezza di 3,30 metri", spiega il professor Rajni Hatti-Kaul, docente di biotecnologie all'Università di Lund. "Sebbene questo fosse impressionante 130 anni fa, non è certo paragonabile agli atleti di oggi, che usano pali in fibra di vetro e carbonio per raggiungere oltre 6 metri!".
"Più materiali rinnovabili e riciclabili possono essere utilizzati in una soluzione di confezionamento, più leggero è l'impatto ambientale che essa lascia".
Ma i progressi della tecnologia dei materiali non sono privi di svantaggi. Su scala globale, ci troviamo di fronte a pressanti sfide ambientali associate ai materiali moderni, in particolare alle materie plastiche derivate da fonti di energia fossile. Questi materiali sono risorse non rinnovabili che attualmente contribuiscono a circa il 4% delle emissioni globali di gas effetto serra.
Non si crea un nuovo materiale da un giorno all'altro.
Fortunatamente, questo dilemma ha ispirato una generazione di ricercatori di materiali innovativi a cercare opportunità altrove. Oltre all'indiscutibile priorità di mantenere gli standard di qualità e igiene, due proprietà sono particolarmente cruciali nel settore del confezionamento: la rinnovabilità e la riciclabilità. Più materiali rinnovabili e riciclabili possono essere utilizzati in una soluzione di confezionamento, più leggero è l'impatto ambientale che essa lascia.
Ma per riuscire a sviluppare soluzioni di confezionamento più sostenibili, senza compromettere la sicurezza degli alimenti, è necessario impegnarsi, poiché spesso i tempi di sviluppo di nuovi materiali e tecnologie possono arrivare fino a 20 anni. Il velcro, ad esempio, ha richiesto 10 anni di ricerca e sviluppo.
Un cambiamento verso materiali più rinnovabili
La riduzione dell'impronta ambientale delle confezioni parte dall'inizio, dai materiali che le compongono e dalle modalità di approvvigionamento. Inoltre, l'industria è sulla buona strada per sviluppare materiali alternativi a quelli basati sui combustibili fossili che abbiano un impatto minore sull'ambiente.
"Stiamo appena iniziando a scalfire la superficie, ma c'è un potenziale meraviglioso nei polimeri a base vegetale, per citarne uno, che possono essere creati utilizzando la chimica verde e l'ingegneria metabolica dei microrganismi", afferma il professor Hatti-Kaul. "Questi metodi consentono di produrre blocchi di costruzione che possono essere utilizzati nelle materie plastiche e offrono un'alternativa molto potente e valida ai materiali di origine fossile".
"Quando si tratta di sviluppare nuovi materiali e tecnologie, spesso i tempi di realizzazione possono arrivare fino a 20 anni".
Tetra Pak ha già fatto passi da gigante in questo campo, utilizzando polimeri a base vegetale per i tappi e il rivestimento dei materiali di confezionamento, nonché sviluppando una barriera a base di carta come alternativa allo strato di alluminio utilizzato nei tradizionali cartoni asettici. E il futuro sembra promettente: la ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali stanno aprendo la strada a un cambiamento sistemico nella produzione di polimeri e al riciclo sostenibile.
"Attraverso nuove tecniche e processi di produzione, i ricercatori stanno lavorando duramente per contribuire a ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili", aggiunge il professor Hatti-Kaul. "Questo ridurrebbe davvero al minimo l'impatto ambientale dei materiali di confezionamento".
Riunire specialisti dei materiali e costruttori di modelli
Lavorare per incorporare una percentuale maggiore di materiali rinnovabili e riciclabili nelle confezioni è solo un tassello di un puzzle molto complesso. Questo puzzle deve prevedere anche una scrupolosa attenzione alla sicurezza degli alimenti. Per questo motivo è evidente la necessità di una collaborazione tra specialisti dei materiali, sperimentatori e costruttori di modelli, che insieme possono creare modelli completi in grado di prevedere con precisione il comportamento di questi materiali nelle applicazioni reali.
"Stiamo appena iniziando a scalfire la superficie, ma c'è un potenziale meraviglioso nei polimeri bio, che possono essere creati utilizzando la chimica verde e l'ingegneria metabolica".
"Prendiamo, ad esempio, ciò che accade ai polimeri durante la deformazione: sono i cambiamenti e le interazioni alla scala delle catene polimeriche che determinano il comportamento complessivo del materiale", afferma il professor Stephen Hall, docente di meccanica dei solidi alla Lund University. "La comprensione delle proprietà dei materiali a partire dalle loro scale microstrutturali rilevanti in condizioni diverse è essenziale per soluzioni di confezionamento affidabili, poiché sono queste proprietà che influiscono sulla capacità della confezione di proteggere gli alimenti al suo interno".
La tecnologia a raggi X ci aiuta a capire quando i materiali si rompono
Questioni critiche come la comprensione del rapporto tra la penetrazione dell'acqua e la deformazione dei materiali cartacei, necessaria per sviluppare confezioni a base di carta che siano durevoli e riciclabili, si basano su quella che il professor Hall chiama "caratterizzazione del materiale". Questo processo prevede la comprensione delle proprietà dei materiali in diverse condizioni, per valutarne l'idoneità ad applicazioni specifiche.
È qui che entrano in gioco tecniche sperimentali avanzate come la tomografia a raggi X e lo scattering di raggi X. Queste sono alcune delle tecniche principali utilizzate dagli esperti del Max IV, una struttura di ricerca dell'Università di Lund, che consentono di ottenere un'immagine della struttura interna di un oggetto o di un materiale dal livello atomico alla scala del prodotto.
"Il primo passo di questo processo consiste nel misurare la struttura dei materiali, come il cartone e la plastica, su scala atomica, molecolare e microstrutturale utilizzando queste tecniche a raggi X", spiega il professor Hall. "Poi sottoponiamo il materiale, ad esempio, a calore, umidità o altre condizioni ambientali, per osservare quando e come cambia, si deforma o si rompe".
Analisi dei dati con l'intelligenza artificiale
Per sostenere e utilizzare le conoscenze generate in istituti di ricerca di fama mondiale e metterle effettivamente in pratica, Tetra Pak ha avviato una collaborazione con l'Università di Lund.
Per uno dei primi progetti di questa partnership, i ricercatori hanno utilizzato l'intelligenza artificiale per analizzare i dati provenienti dalla diffusione di raggi X. Questa analisi fornisce preziose indicazioni sulla struttura e sul comportamento dei materiali, come le fibre di legno e i polimeri, in condizioni quali i casi di carico e le variazioni del materiale.
"Utilizzando tecniche a raggi X, possiamo osservare le molecole del materiale di confezionamento e vedere quando si rompono, si dissolvono o si deformano".
Gli scienziati utilizzano queste informazioni per determinare la resilienza dei materiali, una delle caratteristiche più importanti per la sicurezza del confezionamento alimentare. Una volta che la fisica dei materiali è stata catturata in modo più accurato, i costruttori di modelli possono utilizzare queste informazioni per sviluppare modelli sul comportamento del materiale, che è fondamentale per prendere decisioni consapevoli sullo sviluppo dei materiali per le confezioni.
Una ricerca che potrebbe offrire vantaggi che vanno ben oltre il confezionamento
Collaborazioni come questa non hanno solo il potenziale di cambiare l'industria di confezionamento; le implicazioni potrebbero estendersi ben oltre. Lo sviluppo di materiali completamente rinnovabili e riciclabili ha il potenziale per stabilire nuovi standard in diversi settori, dai beni di consumo alla sanità.
"Vogliamo utilizzare materiali che provengano da risorse rinnovabili e che possano essere facilmente riciclati alla fine del loro ciclo di vita, ma questa è solo una parte del nostro obiettivo generale", spiega Joakim. "La sfida non è solo quella di creare confezioni sostenibili, ma di ridefinire l'intero ciclo di vita dei materiali utilizzati."
"Lo sviluppo di materiali completamente rinnovabili e riciclabili ha il potenziale per stabilire nuovi standard in diversi settori, dai beni di consumo alla sanità".
Le conoscenze acquisite da questi studi potrebbero anche accelerare la transizione verso un'economia circolare. Tali progressi potrebbero creare un effetto a catena, modificando le aspettative dei consumatori per richiedere alle aziende di migliorare la sostenibilità delle loro operazioni e dei loro prodotti e, in ultima analisi, influenzando le politiche normative per allinearsi a ciò che è meglio sia per la salute umana che per il pianeta.
Per saperne di più sulla scienza dello sviluppo dei materiali di confezionamento, leggi il nostro articolo sulla sicurezza delle confezioni alimentari. Scopri come i nostri esperti lavorano per garantire che un confezionamento più sostenibile non vada a discapito della sicurezza alimentare.
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1Un confezionamento in cartone che sia realizzato con materiali rinnovabili o riciclati, che provenga da fonti gestite in maniera responsabile, che contribuisca pertanto a proteggere e ripristinare il clima del pianeta, le risorse e la biodiversità e che favorisca produzione e distribuzione a basse emissioni di carbonio; conveniente e sicuro, quindi aiutare a realizzare un sistema alimentare resiliente; totalmente riciclabile.