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Les bioplastiques : enjeux & perspectives
Fabrice Stassin, Resp. Développement Commercial
Pourquoi substituer les pétroplastiques par les bioplastiques ?
- Les plastiques ne représentent que 4-6 % de la consommation mondiale de pétrole(leur combustion génère des gaz à effet de serre (GHG))
Le recours à des bioplastiques préparés à partir de matières premièresrenouvelables n’affectera donc que très peu le niveau de consommationde pétrole MAIS pourrait rendre les producteurs et transformateursde plastiques moins dépendants à la volatilité du cours du pétrole (prix des polyoléfines a augmenté de 40 % en quelques semaines)
- Sources de pollution visuelle et dégradation très lente dans l’environnement (règle des 10 secondes / 1 heure / 100 ans)
- Plastiques biodégradables sont une solution au problème du manque de place dans les centres d’enfouissement SI une filière de traitement des déchets est mise enplace (compostage ou incinération, aucune émission nette de GHG)
Véritable besoin de plastiques issus de matières premières renouvelables, respectant l’environnement et démontrant
un équilibre coût / performance optimum
Pourquoi quitter les pétroplastiques pour adopter les bioplastiques en emballage ? (suite)
40 %
24 %
17 %
11 %8 %
Papier, cartonVerrePlastiquesMetalAutres
Matériaux utilisés dans l’emballage en EU Utilisations du plastique en EU
! Répartition en poids !50 % des biens emballés
dans du plastique
Utilisations du plastique d’emballage en EU
Consommation des plastiques d’emballage par type de plastique en EU
EmballageDomestiqueConstructionAutomobileIndustrie
Agro-alimentaireEntretienHygiène, santéProduits industrielsTransports
65 % 15 %
10 %10 %
38 %
22 %18 %
7 %
7 %5 %
3 %
AgricultureAutres
L(L)DPEHDPEPPPETPSPVCEPS
33.5 %
22.4 %19 %
11 %7.5 %
Répartitions pondérales (données pour l’EU)
5 %
1.6 %
Matériau polymèreaprès utilisation
et/ou
Détérioration physico-chimique Biofragmentation
Mécanique (broyage), irradiation UV, thermique (pasteurisation)
Bactéries, champignons, vers de terre, insectes,…
Augmentation de la surface en contact avec les microorganismes
Phase 1
Phase 2
métabolites
CO2/CH4, H2O
Bioassimilation
Digestion par microorganismes et enzymes
Minéralisation
Mécanisme de biodégradation : deux phases essentielles
Quel impact à la mise en compost sur l’intégrité de l’emballage ?
Green PLACertification scheme
EN 13432ASTM D6400
EN 13432DIN V 54900EN 13432ASTM D6400
Standard
Logo
JaponFinlandeUSABelgiqueAllemagnePays
BPSJätelaito -Syhdistys
BPI / USCCAIB -Vinçotte
DIN-CertcoIBAW
Organization
Mouvement de globalisation amorcé avec phénomène de certification croiséeEx : Procédures simplifiées pour obtenir le logo BPI si on a déjà le logo BPS
A l’avenir, 1 à 2 logos doivent subsister afin de ne pas embrouiller le consommateur potentiel ! ! !
Qui certifie les bioplastiques pour l’emballage dans le monde ?
NON-BIODEGRADABLE
ISSU
S DE
MPR
BIODEGRADABLE
ISSU
S DE
RF
MPR : matières premières renouvelablesRF : ressources fossiles
Plupart des cellulosesdérivatisées(ex : cellophane)Thermosets
AmidonPLAPHA
PCL, PBT, PBS, PBA, PEA, …
Majorité desplastiques (PE, PP, PS, PVC,PET, PMMA, …)
Echelle du labo
Echelle industrielle
Nouveaux venus dans le monde des plastiques (Cargill-Dow, Galactic, Novamont, P&G, ..)
Chitine, chitosan,gluten, lignine, …
Grands groupes historiques (Solvay, Dupont, Eastman, Bayer, …)
?
Pétroplastiques versus Bioplastiques
Le PLA : futur polymère de commodité ?
- ROP vs Polycondensation- Conversion en produit fini
aisée (thermoformage, moulage par injection, blow moulding, …)
- Films à haute valeur ajoutée- Récipients rigides thermoformés- Fibres de PLA (non-tissés)
Un bref aperçu des propriétés …
Propriétés chimiques :
P((L,L)-LA) (semi-cristallin) / P((D,L)-LA), P(meso-LA) (amorphe)
Propriétés thermiques :
P((L,L)-LA) (PLA) Tg (50 – 60 °C), Tm (150 – 170 °C)
Propriétés mécaniques :
PLA - faible résistance à l’impact- rigidité, résistance à l’impact et élasticité proches du PET- bonne rétention du twist
Autres propriétés :
PLA - bonne barrière aux odeurs, aux huiles- faible barrière aux CO2, O2 (< amidon) et eau (> amidon)- haute énergie de surface impression facile
Emballage de bonbons en PLABonne rétention du twistHaute transparence
Récipients pour produits liquides en PLA
Transparence contrôlée par taux de cristallinitéAucune biodégradation à 25 °CFacile à imprimer
Récipients pour fruits et légumes en PLATransparence contrôlée par taux de cristallinitéAucune biodégradation à 25 °CPerméabilité à la vapeur d’eau plus élevée que celle des plastiques traditionnels, extension de la DLU
PLA en emballage alimentaire …
Transport : - Mélanges à base de PLA (fibres, nanocharges) (Toyota)
Textile : - Fibres pour non-tissés (applications one-shot) (Ingeo de Cargill & Dow)
PLA pour utilisations diverses …
Electronique : - Pièces injectées (clé USB, walkman) (Fujitsu, Sony)- CD en PLA (Sanyo) (5 millions de CD pour 2005 ?)- Boîte et film d’emballage du CD en PLA aussi !
Wallonie :
- Betterave : 60000 ha en 2002 dont 43 % en Hainaut (2002)
- Céréales : 178000 ha en 2002- Maïs : 55000 ha en 2002
54%
26%
9%
8%
3%
Prés, prairiesMaïsCéréalesBetteravesPdt
Ressources agricoles pour la production de PLA :
Les PHA : les bactéries à la rescousse !
PHA = polyhydroxyalkanoates
- Production via fermentation par un micro-organisme- Polymère de réserve pour les microbes- Taux de cristallinité de 40 % à 80 %- Homopolymères : P(3HB) (poly(3-hydroxybutyrate)) (R = CH3)
P(3HV) (poly(3-hydroxyvalerate)) (R = CH3CH2)- Copolymères (statistiques) : P(3HB-co-3HV) (Biopol ©)
P(3HB-co-3HHx) (Nodax ©)- Biopol est un produit Metabolix (USA) - Nodax est un produit Kaneka (JP) / Procter & Gamble (USA)- Encore trop cher pour en faire un plastique de commodité !!!
ex : P(3HB-co-3HV) à 10 – 12 euro / kg en 2003 prévu à 2,5 – 3 eurod’ici 2010 selon Metabolix
x = 1, R = H ou C1 – C16
Les bioplastiques obtenus par polycondensation :de la pétrochimie à la biochimie …
NON OUI
NON
OUI
BIODEG.
En MPRPBS
1. Pétro-route : Showa High Polymer (JP)2. Bio-route : Mitsubishi Chemical (JP)
1.
2.
Du PontShellShowaMitsubishiEastmanBASF
Potentiel de substitution technique du PET, PLA, PPPrix PBS < Prix PLA
La filière des bioplastiques : du monomère au consommateur final !
Producteur de céréales
Production du bioplastique
Transformation du bioplastique
Grande distribution
Consommateur final
Gestionnaire des déchets
Petits transformateurs (sachets de caisse, sacs poubelles)Géants de la transformation (films, récipients)
Le développement du marché des bioplastiquesest très largement dépendant des décisions deschaînes de distribution et des producteurs d’aliments bio (organic food)
Les emballages bioplastiques : le contenant et son contenu !
Films (sachets, films d’emballage)Récipients (tasses, gobelets, bouteilles, raviers)
Marques de distributeurs (private labels)‘Organic food’Fruits et légumes fraisBoulangerieBoucherieTraiteursSachets de sortie de caisse
Eco-marketingMARCHESTESTS
Restauration rapide (fast-food)Restauration évenementielle
Les bioplastiques et leur environnement SLEPT
Social- La sensibilité de la population aux problèmes environnementaux ne cesse de croître- Consommateurs prêts à payer un ‘price premium’ pour des emballages biodégradables
(Projet Kassel)
Légal
- Réduction des émissions de gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto)- Absence de dispositions fiscales (tax incentives) à l’égard des bioplastiques- Absence de filière spécifique des bioplastiques ! Laquelle choisir ?
Compostage industrielFraction fermentiscible
Collecte des PMCDissolution alcaline
Ordures banalesIncinération / Décharge? ? ?
Economique- Le prix du pétrole va augmenter (réserves jusque 2050, mais spéculation bien avant
lors du dépassement du point 50/50) nécessité pour le monde occidental de réduire sa dépendance vis-à-vis de la péninsule arabique
- Le prix des matières premières renouvelables diminue (procédés d’extraction + efficients)- Les coûts de production unitaire des bioplastiques diminuent (courbe d’expérience)
pour égaler les coûts de production unitaire des pétroplastiques d’ici 2010-2015
Politique
- Développement des politiques de développement durable (3P : people, profits, planet)- Volonté d’ indépendance énergétique du monde occidental- Question des OGM dans les procédés de production de certains bioplastiques (ex : pas de
PLA chez Tesco au Royaume-Uni)- Doit-on mettre en place des incitants économiques (subsidiation d’un choix politique)- Les bioplastiques : une source de diversification pour les agriculteurs (politique des quota)
Technologique
- Les performances des bioplastiques sont encore pour la plupart inférieures à celles de pétropolymères Nécessité d’efforts importants en R&D pour augmenter le spectre du potentiel de substitution technique (à l’assaut du PE, PP, PS et PET ?)
- La transformation (conversion) de ces bioplastiques par des méthodes conventionnelles (extrusion, moulage par injection, soufflage de films) nécessitent des aménagements et modifications du parc-machines
- Introduction des additifs permettant de rendre les pétropolymères (PE, PP, …) ‘dégradables’ ?
- Confusion entre différents termes (biodégradable, compostable, fragmentable, oxo-dégradable) au détriment des véritables bioplastiques
Le marché des bioplastiques en chiffres …Marché EU des bioplastiques (kT)
30
500
1000
750
1400
2000
875
1750
3000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2002 2010 2015 2020
Sans P&M
Avec P&MForte croissance
0.1
0.9
1.7
1.1
2.2
3
1.25
2.5
4.7
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
2002 2010 2015 2020
Sans P&MAvec P&MForte croissance
Marché EU des bioplastiques en % du marché EU des plastiques
45000kT
57000kT
65000kT
80000kT
Marché EU des plastiques
Temps
Vol.
vent
es (k
T)
BP : bioplastiquesPP : pétroplastiques
BP
PP
Production toujours au niveau pilote Passage de la synthèse bactérienne à la synthèse par la plante OGMNécessité de faire diminuer le prix du PHA aux alentours de 1.5 €/kg (infos P&G)
Capacité de production de PLA prévue pour 2010 = 500 kT/an (Cargill-Dow)Nécessité de faire diminuer le prix du PLA aux alentours de 1.3 €/kg (infos Cargill-Dow)Question des OGM dans la production du PLA (amidon extrait de maïs OGM)Solution de Galactic (procédé biotech de production du LA à partir de jus de betterave)Future utilisation par Toyota du PLA sous forme microcellulaire et/ou en tant que nanocomposite dans les automobiles
Mélanges avec PCL, PVA ou amidon purNécessité de faire chuter les prix
Biopol (P(3HB-co-3HV))Nodax (P(3HB-co-3HHx))
MetabolixP&G
10 – 12/
0.050.0005
1.10.25
PHA
Nature-worksIngeo Fibers
//
Cargill-Dow
ToyotaGalactic
2.2 – 3.4
//
70(100 en 2003)(140 en 2004)
//
140
//
PLA
Mater-BiSolanyl
Ecofoam
NovamontRodenburgNational Starch
3.01.0/
253
20
354020
Amidon
Nom du produitLeadersPrix (€/kg)
Production globale en
2002 (kT/an)
Capacité de production
globale en 2003(kT/an)
Type de bioplastique
La vision Toyota, une vision éclairée ? …
Communiqué Reuters Mars 2004
2020 : CA vente de bioplastiques par Toyota (2ème prod. mondial d’automobiles) est prévu à 38 milliards de US $ pour 2020 (maîtrise des 2/3 du marchéglobal des bioplastiques = 20.000 kT ), soit ¼ du CA du groupe en 2003(marché global des plastiques confondus prévu à 150.000 kT/an)
2003 : première utilisation du PLA dans ses voitures et vente de PLA à Shiseido
amorçage de collaborations avec + de 60 sociétés (Fujitsu, NEC, …)2004 : production de 1.000 tonnes/an de PLA à Toyota City2007 : production prévue à 50 kT/an
Situation des bioplastiques au Japon
2003 : 10 kT, soit 0.07 % du marché japonais des plastiques (14.000 kT)2010 : 560 kT (prévision fournie par Toyota)
Toyota Motor Vente aux clients externes
Client interne !
Produire plus et plus vite Courbe d’expérience !!!
Petite échelle
Upscaling
Grande échelle
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
2000 2005 2010 2015 2020 2025
Evolution des capacités de production globale de bioplastiques
Projection temporelle du prix des bioplastiques et des pétroplastiques (€/kg)
Polyesters (PLA, PHA, …)
PET
21 %LDPEPPPVCHDPEPET
Production de plastiques par nature en EU
21 %
16 %13 %
13 %
8 %8 %
45.000 kT en 2002
PSAutres
PEPPPSPVCPET
0.8 – 1.11.0 – 1.11.0 – 1.11.0 – 1.50.9 – 1.1
€/kg
80%Amidon
20%PEs
20%Amidon
80%PEs
50%Amidon
50%PEs
2003 2010 2020
Amidon AmidonPLA PLA(Cargill Dow)
PEs = PLA + autres polyesters aliphatiques
AgricultureEmballageFibresTransportsAutres
25 %
75 % 70 %
30 % 25 %
50 %
25 %
20 %
50 %
20 %
10 %
20 %
55 %
PLA(Hycail)
+ Autres
Développement technologique et de marché des bioplastiques : Un pipe-line bien fourni !
-PBT : production de butanediol par fermentation à optimiser-PBS : production d’acide succinique et de butanediol par fermentation
à optimiser-PHA : procédé de fermentation encore trop cher et taux de conversion
encore trop faible-PTT : production de propanediol par fermentation à optimiser-Cellulosiques : trop chers et trop polluants à produire-PLA : pénétration des marchés de ‘commodity plastics’-Amidon : avenir ‘loose-fill packaging’ ≠ avenir des résines thermoplastiques
Réceptivité des consommateursNécessité de dispositions fiscales et réglementaires (filière des déchêts)Continuité dans l’effort pour réduire les coûts de production (relation production-capacité, sourcing des matières premières)Politique du développement durable (de l’économie du pétrole à l’économie des hydrates de carbone)Gros efforts de R&D pour doper les propriétés de ces bioplastiques Efforts de communication
Contraintes et opportunités pour le développement des bioplastiques
Faites nous connaître vos besoins de services et de projets R&D sur les (bio)plastiques
Une visite d’Agro-food Valley est toujours possible !N’ hésitez pas à nous contacter !
Agro-food Valley : Centre de Recherches Agro-industrielles
“Transformons les idées en actions !’’
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