Cellulosa al posto del petrolio grezzo: sviluppate schiume sostenibili
Un team di ricerca internazionale ha sviluppato schiume multiuso certificate biodegradabili e riciclabili
Le schiume hanno numerose possibilità di applicazione, ad esempio nei settori dell'automobile, della casa, dell'ingegneria meccanica, del tempo libero e dello sport. Finora, la prassi comune è stata quella di produrre questi materiali a partire dal petrolio grezzo, con un impatto negativo sulla loro impronta ecologica. Nel progetto europeo BreadCell, un consorzio internazionale ha sviluppato schiume a base di cellulosa che vengono prodotte con un processo simile alla cottura del pane. Queste schiume sono completamente biodegradabili e riciclabili. Due istituti dell'Università di Tecnologia di Graz (TU Graz), l'Istituto di Bioprodotti e Tecnologia della Carta e l'Istituto per la Sicurezza dei Veicoli, hanno svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo della tecnologia.
Molte aree potenziali di applicazione
"È importante implementare gli sforzi di sostenibilità nel maggior numero possibile di settori", afferma Stefan Spirk dell'Istituto di Bioprodotti e Tecnologia della Carta della TU Graz. "La cellulosa è di origine vegetale e disponibile in grandi quantità. L'obiettivo è sostituire i prodotti a base di petrolio con quelli realizzati con materiali cellulosici e le schiume sviluppate nel progetto BreadCell hanno un'ampia gamma di potenziali applicazioni". I ricercatori hanno individuato, tra le altre, le seguenti aree di applicazione altamente adatte alle schiume ecologiche: il settore automobilistico per la gestione dell'energia da impatto, il settore edile come materiale isolante e l'industria sportiva per la produzione di attrezzature sportive e suole di scarpe. Il materiale offre anche potenziali vantaggi in termini di gestione dell'umidità e di acustica.
Progettazione della fibra e modelli di simulazione
Un aspetto fondamentale del progetto è stato quello di stabilire correlazioni tra la resistenza della schiuma e il design della fibra utilizzando modelli di simulazione avanzati. Per ottenere i dati di input del materiale necessari per queste simulazioni, il materiale è stato caratterizzato in modo completo. A tal fine sono state effettuate prove sotto un'ampia gamma di carichi, per le quali è stato utilizzato un banco di prova dedicato presso la TU Graz, che caratterizza il comportamento dei materiali sotto carichi dinamici e rapidi. Sulla base dei dati e dei modelli sviluppati, sono state prodotte schiume con densità e proprietà meccaniche diverse, che sono state applicate in vari dimostratori.
Ad esempio, i ricercatori hanno prodotto e testato uno skateboard, un bodyboard, un casco da bicicletta e solette per scarpe. "Lo sviluppo della schiuma ha rivelato anche una proprietà interessante: è stata una sfida mantenere la densità perfettamente omogenea su tutto lo spessore della schiuma", afferma Florian Feist dell'Istituto per la sicurezza dei veicoli della TU Graz. "Ma questa disomogeneità si è rivelata vantaggiosa in un'applicazione specifica: i caschi da bicicletta. Uno strato centrale più morbido consente una sorta di taglio tra gli strati esterni e interni del casco. Questo riduce il carico rotazionale sul cervello in caso di impatto, in modo simile al principio dei moderni sistemi di sicurezza come il sistema MIPS".
Il primo spin-off del progetto produce solette per scarpe
Oltre all'Università Chalmers (coordinatrice del progetto) e alla TU Graz, altre tre istituzioni sono state coinvolte in BreadCell: l'Università di Vienna ha lavorato su costruzioni a sandwich per componenti leggeri, mentre Tecnalia in Spagna ha testato la fattibilità dell'implementazione industriale e BioNanoNet (BNN) a Graz ha valutato la biodegradabilità e le prestazioni del ciclo di vita. Il progetto ha anche dato vita a un'azienda spin-off, FOAMO, che produce solette leggere e ammortizzanti basate sulle schiume sviluppate.
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