Un isolante termico a base di paglia di grano
Chi Zhou, associato del Department of Industrial and Systems Engineering presso la University at Buffalo, ha sviluppato un nuovo materiale isolante ottenuto dalla paglia di grano, un residuo agricolo altrimenti destinato alla combustione o allo smaltimento. Con il finanziamento dell’Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, Zhou e il suo team hanno messo a punto un processo di stampa 3D che trasforma la paglia in pannelli ad alta resistenza, con capacità isolanti paragonabili ai prodotti convenzionali più diffusi.
Struttura e composizione del materiale
La paglia di grano è una fibra naturale caratterizzata da un pattern poroso e da un elevato rapporto fibra-vuoto, qualità che favoriscono il potere isolante. Il gruppo di ricerca tratta la paglia con un legante organico che crea legami a idrogeno con i gruppi ossidrilici della cellulosa, generando un “inchiostro” stampabile in 3D. Durante il deposito, le fibre si intrecciano e i biopolimeri secernono un film sottile che incolla le particelle, conferendo al pannello una resistenza meccanica elevata e una durabilità comprovata nel tempo.
Dai residui agricoli all’involucro edilizio
La trasformazione della paglia in isolante riduce la dipendenza dall’estrazione di risorse fossili e abbatte le emissioni legate alla produzione di vetroresina e lana di roccia, materiali che dominano il mercato per via del loro costo contenuto e della bassa conducibilità termica (intorno a 0,035–0,045 W/m·K). I pannelli a base di paglia si attestano su valori analoghi, con il vantaggio di sfruttare una biomassa rinnovabile, biodegradabile e reperibile in quantità. Inoltre, il costo di materia prima è trascurabile, poiché la paglia rappresenta uno scarto dal raccolto di cereali.
Processo di stampa 3D roll-to-roll
Per superare i limiti di velocità e scala delle stampanti a ugello circolare, il team UB ha progettato un sistema lab-scale roll-to-roll dotato di ugelli slot-die multipli. Questi ultimi distribuiscono uniformemente il materiale su larghe strisce di supporto, consentendo la produzione rapida di pannelli fino a 1,2 metri di larghezza. Un sistema di alimentazione bilanciata mantiene costante il flusso dell’inchiostro, evitando difetti di spessore e garantendo qualità omogenea su tutta la superficie.
Prestazioni e applicazioni
Le prove di compressione hanno dimostrato che i pannelli resistono a carichi fino a 150 kPa senza deformazioni permanenti, mentre i test al fuoco indicano una resistenza alla fiamma superiore a molti isolanti organici in commercio. La bassa densità (circa 100–120 kg/m³) unita a una conducibilità interna simile alla lana minerale rende questo prodotto adatto a pareti, coperture e controsoffitti in edifici residenziali e commerciali. La flessibilità del processo di stampa 3D permette di realizzare pezzi su misura, integrando curve, intercapedini e dettagli architettonici senza scarti di materiale.
Confronto con altri isolanti naturali
Negli ultimi anni, sono emerse alternative bio-based come l’isolamento in cellulosa riciclata, in canapa e in fibra di legno, tutte caratterizzate da buone proprietà igroscopiche e traspiranti. Rispetto a queste, la paglia di grano si distingue per maggiore rigidità e per il suo pattern tubolare intrinseco, che aumenta l’effetto “cuscinetto d’aria” e migliora la stratificazione termica. A livello industriale, la paglia offre inoltre costi di approvvigionamento più bassi e minori esigenze di lavorazione preliminare.
Prospettive di scala e collaborazione industriale
Zhou e il suo team stanno ora cercando un partner del settore edilizio o delle macchine per la produzione additiva per passare dalla scala di laboratorio a quella industriale. Un progetto pilota potrebbe coinvolgere aziende agricole per la raccolta e il trattamento della paglia, stabilimenti di prefabbricazione per le linee roll-to-roll e imprese di costruzione impegnate nella realizzazione di edifici a basso impatto. L’obiettivo è arrivare, entro due anni, a una linea produttiva in grado di fornire pannelli isolanti certificati per volumi significativi.
Impatto ambientale ed economico
L’adozione su larga scala di isolanti a base di paglia di grano ridurrebbe le emissioni di CO₂ legate alla produzione di materiali isolanti convenzionali di oltre il 60%, secondo stime del team, e fornirebbe un nuovo sbocco alle grandi quantità di residui agricoli. Sul piano sociale, il modello favorirebbe la creazione di filiere locali, dalla campagna alla costruzione, sostenendo economie rurali e riducendo le distanze di trasporto.
