L’impatto ambientale della filiera della seta per la produzione di proteine come additivi nei bio-adesivi per il legno

The wood panel industry requires the introduction of more environmentally friendly adhesives due to strict regulations on formaldehyde emissions (UNI EN 13986, 2015). Replacing adhesives of petrochemical origin with renewable alternatives is also an important step towards decarbonization. One promising avenue is the use of natural resources, such as proteins, to create bio-based materials. Silk cocoons, in particular, have proven to be a valuable raw material for the development of protein bioplastics. Some studies in the literature have classified silk cocoon fibre as a product with a high environmental impact. Interestingly, these often refer to intensive practices different from those currently used in Europe, especially in Italy. To comprehensively assess the ecological footprint of silk cocoon production, a life cycle assessment (LCA) study was conducted using primary and secondary data. Primary data were collected from an Italian farm covering all stages of the silk cocoon supply chain, from mulberry harvest to sericulture. The environmental impacts were quantified using the CML 2001 reference method, focusing on the impact categories of air, soil and water pollution. The model also incorporates secondary data obtained from the Ecoinvent 3.9 database. The LCA was set up as a 'from cradle to gate' analysis, i.e. an LCA of a product including processes from the extraction stage to produce it, without considering its distribution, use and end-of-life stages. It is the basis of analysis for the construction of the product eco-profile, using 1 kg of silk cocoons as the functional unit. GaBi software and the CML 2001 impact assessment method were used to perform the LCA. The impact categories considered are Greenhouse Effect (GWP), Ozone Depletion Potential (ODP), Human Toxicity (HT), Photochemical Oxidation (POC), Acidification (AP) and Eutrophication (EP). The LCA results were broken down by emission type: air, water and soil (agricultural and industrial). It was shown that emissions to air are the highest, while emissions to soil, particularly industrial soil, are the lowest. The total GWP is 14.774 kg of CO2eq, which represents 53.38% of the emissions for the production of one 1 kg of silk cocoons, while ODP represents 0.00001%, HTP 46.21%, POCP 0.22%, AP and EP are 0.28% and 0.09% of the total impact, respectively.The largest contributions to emissions are related to the phases between the 1st and 5th larval cycles, during the growth of silkworms. In the first two cycles, the animal is reared on a sheet of paper and fed with shredded leaves (electricity is required for this process). In the last two cycles, the amount of food required is about 80% of the total. However, it is important to emphasize that the current lack of primary data on the by-product and waste management possibilities of the sericulture examined hinders the development of comprehensive models that consider the entire complex chain. Therefore, future studies remain essential to obtain reliable final results. In conclusion, it can be stated that the system considered is less impactful than intensive practices currently used outside Europe. This study provides useful information for researchers and policy makers on where to focus their activities with the aim of making the future of bioadhesives more technically and environmentally favorable.

L'industria dei pannelli in legno richiede l'introduzione di adesivi più rispettosi dell'ambiente a causa delle severe normative vigenti sulle emissioni di formaldeide (UNI EN 13986, 2015). La sostituzione di adesivi di origine petrolchimica con alternative rinnovabili rappresenta anche un passo importante verso la decarbonizzazione. Una strada promettente è l’uso di risorse naturali, come le proteine, per creare materiali a base biologica. I bozzoli di seta, in particolare, si sono rivelati una preziosa materia prima per lo sviluppo di bioplastiche proteiche. Alcuni studi in letteratura hanno classificato la fibra dei bozzoli di seta come un prodotto ad alto impatto ambientale. È interessante notare che questi si riferiscono spesso a pratiche intensive diverse da quelle attualmente utilizzate in Europa, soprattutto in Italia. Per valutare in modo completo l’impronta ecologica della produzione dei bozzoli di seta, è stato condotto uno studio di valutazione del ciclo di vita (LCA) utilizzando dati primari e secondari. I dati primari sono stati raccolti da un’azienda agricola italiana che copre tutte le fasi della filiera del bozzolo di seta, dalla raccolta del gelso alla sericoltura. Gli impatti ambientali sono stati quantificati utilizzando il metodo di riferimento CML 2001, con particolare attenzione alle categorie di impatto dell'inquinamento nell'aria, nel suolo e nell’acqua. Il modello incorpora anche dati secondari ottenuti dal database Ecoinvent 3.9. La LCA è stata impostata come un'analisi from cradle to gate, letteralmente “dalla culla al cancello”, ovvero un’analisi LCA di un prodotto che include processi dalla fase di estrazione per produrlo fino alla sua produzione, senza considerarne la distribuzione, le fasi d’uso e il fine vita. È la base di analisi per la costruzione dell’ecoprofilo di prodotto, utilizzando come unità funzionale 1 kg di bozzoli di seta. Per eseguire l'LCA sono stati utilizzati il software GaBi e il metodo di valutazione degli impatti CML 2001. Le categorie di impatto considerate sono Effetto serra (GWP), Potenziale di riduzione dell’ozono (ODP), Tossicità per l’uomo (HT), Ossidazione fotochimica (POC), Acidificazione (AP) ed Eutrofizzazione (EP). I risultati dell'LCA sono stati suddivisi per tipo di emissione: in aria, in acqua e nel suolo (agricolo e industriale). Si è dimostrato che le emissioni in aria sono le maggiori, mentre quelle relative al suolo, in particolare quello a fine industriale, sono le minori. Il GWP totale è di 14,774 kg di CO2eq, che rappresenta il 53,38% delle emissioni per la produzione di un 1kg di bozzoli di seta, mentre l’ODP rappresenta lo 0,00001%, l’HTP il 46,21%, il POCP lo 0,22%, AP e EP sono rispettivamente lo 0,28% e lo 0,09% dell’impatto totale. I maggiori contributi alle emissioni sono legati alle fasi tra il 1° e il 5° ciclo larvale, durante la crescita dei bachi da seta. Nei primi due cicli, l'animale viene allevato su un foglio di carta e alimentato con foglie triturate (per questo processo è necessaria l'elettricità). Negli ultimi due cicli, la quantità di cibo richiesta è circa l'80% del totale. Tuttavia, è importante sottolineare che l’attuale mancanza di dati primari sulle possibilità di gestione dei sottoprodotti e dei rifiuti della sericoltura presa in esame, ostacola lo sviluppo di modelli esaustivi che considerino l’intera catena complessa. Pertanto, gli studi futuri rimangono essenziali per ottenere risultati finali affidabili. In conclusione, si può affermare che il sistema che si ha preso in considerazione è meno impattante rispetto a pratiche intensive attualmente utilizzate fuori dall’Europa. Questo studio fornisce informazioni utili ai ricercatori e ai responsabili politici su dove concentrare le loro attività con l'obiettivo di rendere il futuro dei bioadesivi più favorevole dal punto di vista tecnico e ambientale.