Genecis transforme les déchets alimentaires en filaments d’impression 3D

Genecis Bioindustries Inc. est une jeune pousse canadienne qui a recours à différentes technologies de pointe pour convertir les déchets alimentaires en PHA, des plastiques biodégradables obtenus par fermentation bactérienne. Ces matériaux peuvent être convertis en filaments d’impression 3D ce qui pourrait à terme permettre la fabrication de pièces plus respectueuses de l’environnement. En effet, le PHA est un plastique qui se dégrade entièrement dans la nature en un an et en moins de dix ans dans un environnement marin. Nous avons rencontré Michael Willamson, Responsable Polymères chez Genecis, afin d’en savoir plus sur le processus de fabrication de ces PHA et leur impact sur l’industrie de l’impression 3D et plus globalement de la fabrication.

3DN : Pouvez-vous présenter Genecis et décrire votre lien avec l’impression 3D ?

Genecis Bioindustries Inc. est une société de biotechnologie propre qui transforme les déchets alimentaires en produits de haute valeur. La première gamme de produits que nous commercialisons est constituée de polyhydroxyalcanoates (PHA), un polymère entièrement biodégradable qui se dégrade facilement dans les environnements marins et terrestres en un an et qui possède des propriétés supérieures aux plastiques classiques tels que le polypropylène et le polyéthylène. Plus précisément, les PHA possèdent les caractéristiques physiques / chimiques suivantes : biocompatibilité, faible perméabilité à l’eau et haute résistance thermique. De plus, les PHA peuvent être mélangés avec divers plastiques à base de pétrole et être facilement recyclés pour former des résines composites. Les filaments d’impression 3D sont une excellente application pour les PHA. Ils peuvent être combinés aux PLA, à l’ABS ou aux bioplastiques à base d’amidon, offrant ainsi de meilleures caractéristiques physiques aux produits finaux imprimés.

L’équipe de Genecis

3DN : Comment Genecis a eu l’idée de transformer les déchets alimentaires en bioplastique ?

Luna Yu, fondatrice de Genecis, a mené d’importantes recherches sur la méthanisation (processus naturel biologique de dégradation de la matière organique en absence d’oxygène.) Elle s’est rendue compte qu’il était possible de la scinder en deux étapes majeures de fermentation microbienne. La première étape vient produire un intermédiaire transmis à un ensemble spécialisé de bactéries pouvant manger du carbone et produire des PHA. Ces derniers forment une famille de polymères biodégradables de haute qualité dotés de fonctionnalités supérieures à celles des plastiques ordinaires et de centaines d’applications dans de nombreux secteurs.

3DN : Pouvez-vous décrire le processus de fabrication du PHA ?

Notre processus de développement est en 3 étapes. Tout d’abord, les déchets organiques sont décomposés en acides gras volatils dans une culture bactérienne. Les acides gras sont ensuite ajoutés à une autre culture de bactéries spécialement sélectionnée pour produire des PHAs dans leurs cellules. Par la suite, un processus d’extraction ouvre les cellules, puis rassemble et purifie le plastique. L’ensemble de ce processus se déroule sur une période de sept jours, une alternative beaucoup plus rapide que les procédés classiques comme le biogaz, qui peut prendre jusqu’à 21 jours.

3DN : Quels sont les avantages de votre plastique par rapport aux plastiques « traditionnels », notamment ceux compatibles avec l’impression 3D ?

Bien que les mélanges PLA / PHA soient déjà sur le marché pour les applications d’impression 3D, le PHA de Genecis présente de nombreux avantages. C’est un copolymère de PHB et de PHV (simplement appelé PHBV). Le PHB seul est un matériau dur et résistant qui partage des propriétés très similaires à celles du PLA. Le PHV, en revanche, est beaucoup plus mou et plus ductile que le PHB ou le PLA, et en modifiant la composition des monomères dans notre polymère, nous pouvons produire un plastique pur, non mélangé, avec une large gamme de propriétés que nous ne retrouvons pas avec du PLA.

Le liquide contient des bactéries dont nous extrayons les cellules PHA (crédits photo : Genecis)

Un autre avantage est que le PHA se dégrade beaucoup plus rapidement dans des conditions environnementales normales (environnements terrestres et marins). Les PHA peuvent être dégradés dans les environnements aérobies et anaérobies sans formation de sous-produits toxiques. En effet, le PHA est produit par des bactéries, contrairement au PLA polymérisé chimiquement. En conséquence, ces bioplastiques PHA peuvent être facilement décomposés par les bactéries et autres micro-organismes, à température ambiante.

3DN : Votre matériel est-il compatible avec toutes les imprimantes FDM? Y a-t-il des spécifications techniques à considérer?

Le PHA de Genecis sera compatible avec la plupart des imprimantes FDM ainsi que d’autres équipements de fabrication industrielle. Le volume, la vitesse d’extrusion et la température de refroidissement dépendent ensuite du procédé. Ces paramètres sont actuellement examinés et étudiés avec nos polymères.

Des PHA sous forme de granulés (crédits photo : Genecis)

3DN : Quelle est la différence entre PHA et PLA, notamment en termes de biodégradabilité et de compostabilité ?

Le PLA ordinaire amorphe est fragile et présente une faible résistance aux chocs et aux déchirures, ce qui peut l’endommager au moment de l’impact. Il présente également une faible température de déformation thermique (55-65 ° C), ce qui signifie qu’il ne peut pas être utilisé pour des applications où la température est supérieure à la température ambiante, telles que des tasses à café. Le PLA a également une perméabilité à l’oxygène et à l’eau bien plus élevée que la plupart des autres plastiques, ce qui le rend inapproprié pour des applications telles que les bouteilles de boissons gazeuses ou tout article conçu pour durer.

Le PLA se biodégrade en quelques mois dans des conditions de compostage industriel, où la température élevée (> 55 ° C) et l’humidité favorisent la dégradation. Cependant, le PLA est plus résistant à la biodégradation dans des conditions environnementales terrestres normales. Le PLA ne se biodégrade pas facilement dans les environnements marins, contribuant à la pollution plastique des océans aux côtés des plastiques classiques dérivés du pétrole. Les taux de biodégradation estimés du PLA se situent autour de 80 ans, sauf dans un composteur industriel.

En revanche, les PHA se biodégradent beaucoup plus rapidement dans les environnements terrestres et marins. Le PHA est produit par polymérisation microbienne et non par polymérisation chimique. Le PHA est synthétisé par des microorganismes sous forme de molécule de stockage de carbone. De ce fait, les microorganismes décomposent facilement le PHA pour accéder au carbone stocké et l’utiliser dans le métabolisme cellulaire. En particulier, le PHA présente une bien meilleure dégradabilité que le PLA dans les environnements marins : une étude montre une dégradation de 50 à 80% du PHA dans des conditions marines en 12 mois. En comparaison, le PLA n’a présenté qu’une dégradation de 5 à 8% sur la même durée.

3DN : Quels sont les futurs projets ?

Genecis a plusieurs projets en cours de développement. Au cours des prochains mois, nous allons valider nos paramètres de fonctionnement pour un certain nombre d’applications industrielles, notamment les procédés d’extrusion, d’injection et de moulage par soufflage à grande échelle. Un autre objectif majeur pour 2020 consistera à quantifier la relation entre nos paramètres de traitement, nos paramètres de procédé de fabrication et les propriétés de nos polymères en appliquant des schémas d’IA utilisant des données expérimentales collectées.

Crédits photo : Genecis

Genecis est également en train de mettre en service une installation de démonstration. Cette usine sera capable de convertir 3 tonnes de déchets organiques par semaine en granulés de PHA prêts à l’emploi. Cette étape sera la dernière avant la commercialisation à grande échelle de notre technologie.

3DN : Un dernier mot pour nos lecteurs ?

Les consommateurs sont aujourd’hui conscients que la pollution plastique est un vrai problème pour notre planète et sont plus sensibles au plastique biodégradable. Nous devons continuer à promouvoir ce message, en plus de reconnaître les problèmes de gaspillage alimentaire et la quantité déchets produits. Promouvoir notre solution est extrêmement utile car elle s’attaque à ces problèmes. Pour commercialiser efficacement notre technologie, un soutien est nécessaire de la part des consommateurs, des grandes entreprises et des gouvernements. Retrouvez plus d’informations sur notre site ICI.

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