Università di Friburgo: materiali per la stampa 3D a base di legno
La pasta biologica utilizzata in questo processo di stampa a cilindro è composta per il 50% da lignina e per il 50% da cellulosa. Foto: Lisa Ebers
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof.Dr. Marie-Pierre Laborie della cattedra di biomateriali forestali dell’Università di Friburgo ha sviluppato una plastica biodegradabile che si basa sul legno e apre potenziali applicazioni nella costruzione leggera, ad esempio. Gli scienziati hanno presentato i loro primi risultati nelle riviste Applied Bio Materials e Biomacromolecules.
La lignina rafforza le pareti cellulari delle cellule vegetali e le induce a lignificare, un meccanismo che le piante usano per proteggersi dal vento o dai parassiti, ad esempio. Rimane come un prodotto di scarto nella produzione di carta e viene principalmente bruciato per produrre bioenergia.
“Stiamo quindi ricercando modi alternativi per utilizzare meglio questa materia prima in futuro”, afferma Laborie. Per fare ciò, il team ha esaminato più da vicino una combinazione di materiali che era stata studiata da un team di ricerca statunitense negli anni ’80. In questo sistema, da un lato, i cristalli liquidi a base di cellulosa, componente principale delle pareti cellulari delle piante, sono responsabili del buon comportamento di scorrimento del biopaste oltre alla loro forza. L’altro componente, la lignina, può “attaccare” la microstruttura alla lavorazione della bioplastica, come ha scoperto Robert Gleuwitz nella sua tesi di dottorato. Il loro orientamento determina quindi le proprietà della bioplastica: ad esempio, può reagire in modo più rigido o più flessibile, a seconda
Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche prima che possa essere utilizzato in un ambiente industriale, ad esempio come materiale composito nella costruzione leggera. Finora, il team ha utilizzato lignina particolarmente pura prodotta in un impianto pilota di bioraffineria del Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes (CBP) a Leuna – resta da indagare se il prodotto di scarto dell’industria cartaria possa essere processato direttamente. Come mostra Lisa Ebers nella sua tesi di dottorato, le proprietà delle bioplastiche possono anche essere modificate in molti modi, ad esempio elaborando chimicamente o variando gli elementi costitutivi.
Gli esperimenti precedenti hanno avuto luogo con la lignina di faggio: se ottenuta da altre piante, ha proprietà materiali diverse così come altri cristalli liquidi, anche se questi sono ancora a base di cellulosa. Anche le proporzioni ottimali sono diverse a seconda dell’applicazione pianificata. Inoltre, i ricercatori presto testeranno un’applicazione completamente diversa. Con l’aiuto del materiale a base biologica, è stato possibile analizzare la qualità dei suoli. Questo viene fatto testando la degradabilità della lignina e della cellulosa in diversi tipi di terreno.
I risultati sono venuti da un progetto di ricerca presso il Centro di sostenibilità dell’Università di Friburgo e la Società Fraunhofer. Le indagini e gli esperimenti di stampa 3D si sono svolti in collaborazione con il Prof.Dr. Dott. Christian Friedrich e il Dr. Gopakumar Sivasankarapillai presso il Freiburg Materials Research Center (FMF) dell’Università Albert Ludwig e con il Dr. Gilberto Siqueira all’Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) a Dübendorf / Svizzera.
