Biodegradation of Wasted Bioplastics in Natural and Industrial Environments: A Review

Abstract

The problems linked to plastic wastes have led to the development of biodegradable plastics. More specifically, biodegradable bioplastics are the polymers that are mineralized into carbon dioxide, methane, water, inorganic compounds, or biomass through the enzymatic action of specific microorganisms. They could, therefore, be a suitable and environmentally friendly substitute to conventional petrochemical plastics. The physico-chemical structure of the biopolymers, the environmental conditions, as well as the microbial populations to which the bioplastics are exposed to are the most influential factors to biodegradation. This process can occur in both natural and industrial environments, in aerobic and anaerobic conditions, with the latter being the least researched. The examined aerobic environments include compost, soil, and some aquatic environments, whereas the anaerobic environments include anaerobic digestion plants and a few aquatic habitats. This review investigates both the extent and the biodegradation rates under different environments and explores the state-of-the-art knowledge of the environmental and biological factors involved in biodegradation. Moreover, the review demonstrates the need for more research on the long-term fate of bioplastics under natural and industrial (engineered) environments. However, bioplastics cannot be considered a panacea when dealing with the elimination of plastic pollution.

TSC Opinion

Cet article fait une synthèse de toutes les études scientifiques récentes portant sur l’évaluation de la biodégradabilité des bioplastiques. Par biodégradabilité, on entend la dégradation totale du polymère en composés minéraux, CO2, azote inorganique… ou sa transformation en biomasse par les microorganismes. Le fractionnement ne constitue pas une biodegradation complète. Le terme bioplastique n’est pas réglementé. Il s’agit, en général, de polymères dans certains constituants sont à base de produits naturels renouvelables : cellulose, lignine, amidon, biopolymères naturels… La biodegradation peut s’effectuer sous conditions contrôlées industrielles ou naturelles, par voie aérobie ou anaérobie, dans les sols, les composts ou en milieu aquatique. Les bioplastiques étudiés sont les suivants : PLA, PHA, PHB pour les biopolymères naturels, Bio-PE, Bio-PET, Bio-PVC, Bio-PU pour les polymères synthétiques fabriqués à partir de matières premières renouvelables (éthanol), PBS (Polybutylene Succinate), PCL (Polycaprolactone) et PBAT (Poly(butylene adipate-co-terephthalate) pour les polymère synthétiques biodégradables d’origine pétrochimique. Selon les conditions, les taux de dégradation sont très variables. Les grandes tendances sont les suivantes : Les polymères conventionnels (PE, PET, PVC, PU) biosourcés ne se dégradent pas plus vite que leurs homologues pétrochimiques. Pour les autres bioplastiques, la biodegradation en condition aérobie (composts par exemple) est plus rapide, mais certains, comme le PHA et le PLA se dégrade à 80% dans les deux conditions en quelques mois. Il est à noter que les polymères pétrochimiques mis au point spécifiquement pour se dégrader, PBS et PCL, se dégradent aussi à 90% en conditions de compostage, mais pas du tout dans les sols et les environnements aquatiques. Les sauteurs de cette étude concluent sur le fait que les bioplastiques et les plastiques biodégradables ne sont pas la panacée pour résoudre le problème de la pollution plastique dans l’environnement. Une réduction à la source et une réglementation précise des termes biodégradables, bioplastiques, ainsi que des méthodes d’évaluation de la dégradation sont indispensables.