Statisticile arata ca in prezent exista peste 269.000 de tone de plastic in oceane, iar daca nu se iau masuri urgente de prevenire, pana in 2050 cantitatea acestuia o va depasi pe cea a pestelui. Materialele bioplastice s-au dovedit a fi un substitut viabil pentru masele plastice traditionale in anumite sectoare industriale, desi utilizarea lor in constructii este inca limitata. Acest domeniu utilizeaza, in prezent, 23% din productia mondiala de plastic inclus atat in materialele in sine, cat si in produsele pentru ambalarea si protectia acestora. O parte considerabila nu este reciclata si este dispersata in mediu sau ajunge la gropile de gunoi. Ca raspuns la problemele de mediu cauzate de poluarea cu polimeri (ce au la baza etilena, produsa prin procedeul de cracare a hidrocarburilor), dezvoltarea materialelor biocompozite, cum ar fi bioplasticele, reprezinta o binevenita schimbare de paradigma. 

 

Productia nemasurata de mase plastice creste in mod continuu si se preconizeaza ca ritmul va fi accelerat in urmatoarele trei decenii, cand indicatorul respectiv se va majora cu inca 70%. Acumularea de-a lungul deceniilor a acestui material deosebit de popular, precum si a microplasticelor in oceane si pe uscat a fost cauzata de productia si utilizarea sa nechibzuita, sustinuta de pretul scazut si marea diversitate a aplicatiilor. Cauzele problemei poluarii cu plastic sunt rezumate de experti dupa cum urmeaza: productie excesiva, utilizare pe termen scurt, deteriorarea dificila a polimerilor, gestionarea si eliminarea necorespunzatoare a deseurilor si lantul de productie insuficient pentru materialele alternative. Problema expusa reprezinta o mare amenintare pentru mediu, deoarece deja milioane de tone sunt dispersate in natura si ajung sa se acumuleze de-a lungul tarmurilor sau sa creeze adevarate insule de gunoi. Aceasta acumulare de produse este, de asemenea, agravata de gestionarea inadecvata a deseurilor, care adesea sunt imprastiate in natura sau abandonate in gropi de gunoi ilegale, poluand solul, apa dulce si oceanele.

In ceea ce priveste produsele de unica folosinta, acestea sunt realizate in principal din polietilena, folosita intensiv in industria ambalajelor si a produselor legate de industria alimentata. Toate aceste articole au o durata de exploatare foarte scurta, dar un timp de descompunere foarte lung, care le permite sa ramana in mediu ani de zile. De exemplu, o punga din polietilena are o durata medie de utilizare de 12 minute, dar are nevoie de 500 de ani pentru a se descompune complet. Poluarea cu plastic este agravata de deteriorarea polimerilor, care produce o cantitate mare microplastic in mediu. La problema gestionarii improprii a deseurilor contribuie si faptul ca doar un procent foarte mic este reciclat, din cauza costului economic ridicat al proceselor industriale respective, precum si stimulentelor financiare reduse pentru reciclare. Totodata, este mult mai ieftina productia majoritatii tipurilor de plastic de la zero, fata de reciclarea plasticului vechi. In plus, complexitatea proceselor ce tin de economia circulara constituie un obstacol in calea realizarii obiectivelor sale.

In cele din urma, trebuie luata in considerare raritatea lanturilor de productie de materiale mai durabile. Alternativele ecologice sunt inca limitate si se refera in principal la produse precum ambalajele, recipientele si articolele din plastic de unica folosinta, pentru care materiile prime utilizate sunt polimeri pe baza de plante sau obtinuti din proteine animale. In majoritatea cazurilor, proprietatile extraordinare ale materialelor plastice fac ca alte optiuni, mai ecologice, sa fie limitate. Cu toate acestea, trecerea la materiale mai durabile, nederivate din petrol, este pasul esential pe care lanturile de productie ar trebui sa il faca pentru a inversa tendinta de crestere a utilizarii si pentru a transforma modelul economic linear actual intr-unul circular. De fapt, economia circulara se bazeaza pe diferitele cicluri ale lantului de productie a materialelor disponibilizate pentru a limita deseurile, a minimiza utilizarea de materii prime complet noi, a maximiza potentialul unui material si a reduce cantitatea de deseuri care se disperseaza in mediu. 

 

In acest model economic si de productie, bioplasticele capata o mare importanta, in special toate cele care se pot transforma in compost, deoarece, dupa ce au fost utilizate in diferite cicluri de productie, pot fi degradate prin metode biologice, evitand ramanerea lor in mediul natural pentru perioade foarte lungi, spre deosebire de materialele plastice fosile. Biopolimerii si, in general, biomaterialele ar trebui considerate un mijloc de transformare ecologica a economiei si a sectorului constructiilor. Cu toate acestea, dupa cum arata datele curente, doar 8% din bioplasticele produse sunt utilizate in sectorul cladirilor si constructiilor, comparativ cu procentul de 23% din totalitatea polimerilor produsi la nivel global. Pentru a intelege conceptul de bioplastice, trebuie mai intai clarificat faptul ca ele, la fel ca solutiile "traditionale", includ materiale formate din polimeri. Acestia pot fi impartiti in doua categorii in functie de origine: naturala (atunci cand se genereaza in mod natural si sunt, prin urmare, derivate din procese biologice, cum ar fi celuloza sau chitina) sau sintetica (atunci cand sunt produse artificial prin procese chimice). Se poate observa ca nu toate materialele plastice compuse din polimeri sintetici fac parte din categoria solutiilor generic denumite "mase plastice", ci se incadreaza mai degraba in categoria bioplasticelor, deoarece, fiind biodegradabile, indeplinesc a doua caracteristica a definitiei oficiale date de European Bioplastics.

Termenii "polimer" si "biopolimer" sunt folositi gresit destul de frecvent, primul fiind considerat ca sinonim pentru "plastic", iar al doilea ca sinonim pentru "bioplastic". In general, bioplasticele ofera beneficii suplimentare fata de materialele plastice obtinute din petrol, cum ar fi reducerea amprentei de carbon, o functionalitate mai buna si oferirea de optiuni suplimentare in gestionarea deseurilor (de exemplu, reciclarea organica). Utilizarea materialelor plastice biologice poate reduce consumul de materii prime neregenerabile, al caror pret poate creste semnificativ in urmatoarele decenii, din cauza disponibilitatii lor tot mai limitate. In plus, aceste materiale au avantajul de a diminua emisiile de gaze cu efect de sera, deoarece plantele cultivate pentru producerea lor contribuie la absorbtia de dioxid de carbon din atmosfera in timpul perioadei de crestere. Cu siguranta, toate aspectele mentionate anterior constituie argumente solide, dar pentru a putea evalua pe deplin situatia, trebuie luate in considerare si alte aspecte mai putin favorabile. Daca sectorul maselor plastice biologice s-ar generaliza, de exemplu, ar trebui demarata de la bun inceput o lupta impotriva exploatarii terenurilor utilizate pentru cultivarea intensiva a unor cereale, cum ar fi porumbul, in detrimentul productiei de alimente agricole si cu riscul major de a compromite habitatele naturale. Anumite studii arata ca printre principalele cauze ale defrisarilor la nivel mondial se numara agricultura, in special cea intensiva in scopuri industriale, care determina modificarea ecosistemelor locale, cu posibile consecinte asupra faunei si florei.

Pe langa preocuparile legate de mediu, utilizarea materialelor plastice pe baza biologica ridica unele indoieli cu privire la durabilitatea, rigiditatea si rezistenta acestor materiale. Este posibil, de fapt, ca acestea sa aiba tendinta de a-si pierde proprietatile functionale in anumite conditii de mediu, cum ar fi umiditatea ridicata. Prin urmare, este inca necesar sa se imbunatateasca performantele materialelor pe baza biologica, pentru a le face adecvate pentru aplicatii in domeniul constructiilor.

 

Pentru clarificare, trebuie aratat ca termenul "bioplastic" se refera la un set de materiale cu proprietati si aplicatii diferite, care pot fi grupate in trei mari categorii. Clasificarea oficiala urmeaza definitia data de European Bioplastics, care face o distinctie clara intre polimeri biobazici, biodegradabili sau ambele variante. O precizare importanta este aceea ca sintagma "pe baza biologica" nu este sinonima cu adjectivul "biodegradabil", acesta din urma indicand un material care este degradat ca urmare a actiunii anumitor microorganisme. De exemplu, unele materiale pe baza biologica sunt biodegradabile, de exemplu acidul polilactic (PLA), in timp ce altele nu sunt, cum ar fi bio-PET (polietilena tereftalata). Asadar, bioplasticele se clasifica in categoriile: biobazate (derivate din materii prime naturale regenerabile); biodegradabile (de origine sintetica, dar care se degradeaza rapid); biobazate si biodegradabile, atunci cand poseda ambele proprietati (sunt origine naturala si se degradeaza rapid).

Masele plasticele pe baza biologica se refera la acele materiale sau produse care sunt derivate integral sau partial din biomase organice (materiale pe baza biologica), cum ar fi porumbul, trestia de zahar si celuloza. Din categoria materialelor plastice de origine fosila, dar biodegradabile, fac parte toate cele derivate din materii prime fosile, dar care se degradeaza rapid. De fapt, compozitia unui plastic pe baza fosila nu exclude calitatea de biodegradabilitate. Exista polimeri plastici derivati din petrol care, in conditii optime, se descompun mai rapid decat cei organici similari derivati din biomasa. Sunt excluse din aceasta grupa toate aceste materiale plastice oxo-biodegradabile, adica acelea la care se adauga, in timpul productiei, un amestec de aditivi, cum ar fi sarurile metalice, ce accelereaza procesul de degradare in prezenta luminii ultraviolete, a oxigenului sau a caldurii. In fine, materialele plastice biobazate si biodegradabile sunt, la fel ca in primul caz, produse care sunt derivate integral sau partial din biomase organice, dar care au particularitatea de a fi biodegradabile. Din aceasta ultima categorie fac parte acidul polilactic (PLA), polihidroxialcanoatii (PHA), polibutilen succinatul (PBS) si amestecurile de amidon.

 

Bioplasticele pe baza fosila sunt derivate din combinatia diferitilor compusi organici produsi din petrol sau hidrocarburi, cum ar fi propanul si butanul, care sunt continute in gazele naturale din subsol sau in petrol. In schimb, majoritatea bioplasticelor cunoscute sunt derivate din biomase bogate in carbohidrati. Biomasa utilizata poate avea origini diferite, provenind din sectorul agricol sau din industria alimentara, dar exista si alte surse. In functie de tipul de biomasa utilizata, se disting mai multe tipuri de bioplastic. Biomasa poate fi impartita in trei macroclase - de prima, a doua sau a treia generatie. Materia de prima generatie include culturile alimentare de plante bogate in carbohidrati, cum ar fi porumbul, trestia de zahar, sfecla, cartoful, tapioca si orzul. Amidonul si zaharurile de dextroza sunt extrase din aceste plante. Multe dintre bioplasticele mentionate sunt produse din aceste biomase, deoarece ele sunt printre cele mai eficiente pentru producerea de materiale plastice biologice. A doua generatie de biomasa include materiale cu continut ligno-celulozic ridicat care nu sunt destinate productiei de alimente. Substantele respective reprezinta subprodusele necomestibile ale culturilor alimentare, cum ar fi paiele, resturile de porumb, deseurile de trestie de zahar, lemnul sau fibrele vegetale, inclusiv canepa si inul. Bioplasticele produse pe baza respectiva sunt biodegradabile si compostabile. In cele din urma, materiile prime de a treia generatie se afla in plin proces de dezvoltare. Acestea sunt derivate din cultivarea la suprafata a algelor, ciupercilor si microorganismelor, care prelucreaza biomasa reziduala. Prin utilizarea acestei familii de materiale, este posibil sa se limiteze problemele legate de consumul de teren care sunt foarte pronuntate in cazul biomasei de prima generatie. 

 

Pana in prezent, industria constructiilor s-a dezvoltat conform unei logici bazate pe extractia petrolului. Dovezi relevante ce sustin aceasta asertiune sunt betonul, metalele si materialele plastice. De aceea, este necesara o schimbare de mentalitate care sa impinga spre o abordare bazata pe materiale de constructie cultivate. Conceptul de "materiale cultivate" implica posibilitatea si dorinta de a dezvolta un sector al constructiilor cu circuit inchis, in care materiile prime sunt obtinute din biomase care pot fi returnate in sol dupa utilizare. Ideea din spatele acestei abordari este ca, daca o cladire poate fi cultivata, adica ale carei materiale care alcatuiesc diferitele componente ale cladirii sunt derivate dintr-un proces de cultivare, aceasta ar putea fi, de asemenea, transformata in compost la sfarsitul perioadei sale de exploatare, devenind astfel sursa unui nou proces de cultivare. O multime de materiale cultivate/ naturale, precum lemnul, au fost utilizate in trecut, fiind inlocuite in prezent de alte solutii cu proprietati imbunatatite. Provocarea pentru viitor este de a recupera abordarea materialelor cultivate, adaptandu-le la nevoile vremurilor actuale si imbunatatindu-le proprietatile cu ajutorul noilor tehnologii si cunostinte acumulate de om. 

 

Comisia Europeana (CE) a stabilit o ierarhie a etapelor si alternativelor la care pot fi supuse produsele inainte de colectarea ireversibila pentru depozitare, care ramane ultima optiune. Pentru a depasi problema poluarii generate de acumularea de deseuri in natura si pentru a reduce incarcatura care ajunge in fiecare zi la depozite, exista mai multe alternative. Gestionarea eficienta a deseurilor este extrem de importanta pentru CE, care, prin Directiva 2008/98/CE, a definit cele cinci etape de eliminare, clasificand tratamentele la care pot fi supuse deseurile in functie de caracteristicile acestora. Avantajul utilizarii bioplasticelor consta in faptul ca reciclarea organica este utilizata ca metoda de eliminare a deseurilor. De fapt, in timp ce celelalte tipuri de sfarsit exploatare a unui produs pot fi aplicate si materialelor plastice conventionale, reciclarea organica este o prerogativa a bioplasticelor biodegradabile. Pe baza modelului descris anterior, tratamentul prioritar in gestionarea deseurilor este prevenirea si minimizarea utilizarii resurselor, maximizand performanta functionala a produsului final, cum ar fi numarul de ori in care un obiect poate fi reutilizat fara a-si pierde performanta. Printre cele mai de succes aplicatii ale biopasticelor in domeniul constructiilor se numara: biopolimerii ca adjuvanti in betoane si mortare; amidonul si alginatul ca elemente de inlocuire a cimentului; biopolimeri ca agregate in amestecurile de beton; biopolimeri de armare pentru constructiile din pamant; biopolimeri ca material pentru imprimarea 3D; cultivarea elementelor de constructie (miceliu fungic pentru transformarea biomasei reziduale intr-un bioplastic) etc.