Life cycle assessment of keratin extraction from organic waste

It is well established today that immediate action is needed to reduce the environmental burden caused by the increasing anthropogenic activity on the Earth system. Therefore, the purpose of this thesis is to propose Life Cycle Assessment (LCA) as a methodology for evaluating the hot spots of an experimental process for keratin extraction from organic waste, namely carded wool slivers. Firstly, the framework of wool manufacturing and the rising interest in keratin as a natural, renewable and biodegradable polymer is discussed. Then the state of art of the LCA methodology is presented as well as its application to the textile industry. This is finally applied to an in-depth case study that developed starting from research data provided by the Area della Ricerca (Bologna): discarded wool slivers are used as a substrate for the extraction via sulphitolysis of high purity keratin. The procedure includes the phases of transportation from the wool mill, washing, extraction, filtration and dialysis, after which an aqueous solution of 1-1.5% by weight of keratin is obtained. The study is oriented towards repurposing biomass that would be otherwise disposed of as waste. Therefore, in order to underline the last aspect, the analysis compares three different allocation choices regarding the wool slivers. From the gate-to-gate analysis of the process’ impact, the relevance of the chemical extraction phase clearly emerges in all the impact categories considered. This is due to the reagents that were used and to the high energy demand necessary to maintain the reactive system in optimal conditions. Furthermore, the comparison highlights the importance of the upstream impacts associated with the previous wool processing.

È evidente al giorno d’oggi la necessità di azione per ridurre la pressione del carico ambientale causata dall’aumento delle attività antropogeniche sulla Terra. Pertanto questa tesi propone il Life Cycle Assessment (LCA) come metodologia per valutare gli hot spot di un processo sperimentale per l’estrazione di cheratina da rifiuti organici, quali nastri di lana cardata. In primo luogo, il contesto generale della manifattura della lana e il crescente interesse per la cheratina come polimero naturale, rinnovabile e biodegradabile verranno analizzati. In seguito, verranno presentate le basi della metodologia LCA e la sua applicazione all’industria laniera, per poi essere applicate a uno studio specifico basato sui dati sperimentali forniti dall’Area della Ricerca (Bologna): la lana scartata viene utilizzata come substrato per l’estrazione per solfitolisi di cheratina ad elevata purezza. La procedura include le fasi di trasporto dal lanificio al laboratorio, il lavaggio, l’estrazione, la filtrazione e infine la dialisi, dalla quale si ottiene una soluzione acquosa di cheratina 1-1.5% in peso. Lo studio si focalizza sul riutilizzo di una biomassa destinata altrimenti ad essere smaltita come rifiuto, perciò, per sottolineare quest’ultimo aspetto, verranno comparate tre diverse scelte di allocazione riguardanti i nastri di lana. Dall’analisi gate-to-gate degli impatti del processo emerge chiaramente la rilevanza della fase di estrazione chimica su tutte le categorie di impatto considerate. Ciò è dovuto ai reagenti utilizzati e all’alta richiesta energetica necessaria per mantenere le condizioni ottimali per il sistema reattivo. Inoltre, il confronto evidenzia l’importanza degli impatti a monte associati con la precedente lavorazione della lana.