Intervista esclusiva: Chitonous spera di utilizzare polimeri biologici ubiquitari per la produzione
di Joris Peels direttore di 3dprint.com
Non ricordo quando una startup mi ha emozionato così tanto come fa Chitonous. Questo è un colpo lungo, ma potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui progettiamo e consumiamo materiali per la produzione. Invece di creare nuovi bioplastici esotici e sistemi di riciclaggio per loro, Chitonous vuole farci usare materiali abbondanti in natura per stampare in 3D il futuro. Utilizzando materiali a basso costo disponibili localmente e prodotti localmente, l’azienda vuole creare un nuovo paradigma di produzione ecocompatibile centrato sul locale. Sottolineando i materiali naturali creati localmente che lavorano in collaborazione con il mondo naturale, potrebbero aver trovato un modo più efficiente per noi di produrre. È un piano incredibilmente ambizioso, ma il team di esperti di dottorato ha le briciole scientifiche per sostenerlo e per anni ha lavorato sulla produzione di materiali di stampa 3D da fonti naturali. Adoro l’ambizione di Chitonous,CEO Javier G. Fernandez . Javier è a capo della startup con sede a Singapore, ma è anche professore assistente presso l’Università della Tecnologia di Singapore. In precedenza era ricercatore presso Harvard, presso il Wyss Institute e al MIT . Javier ha conseguito un dottorato in nanobiotecnologia e un master in fisica e nanotecnologia.
Cos’è Chitonous?
Chitonous (pronunciato kait-o-nous) è un’azienda focalizzata sulla produzione su larga scala di materiali bio-ispirati e tecnologie di produzione. La sua tecnologia leader FLAM 3D, si basa sui due polimeri biologici più onnipresenti sulla terra e consente la rapida produzione di oggetti di scale che vanno da mezzo millimetro a diversi metri. L’unicità di questa tecnologia rispetta altri cosiddetti materiali biodegradabili è che le molecole biologiche non vengono mai modificate chimicamente ma “sistemate” nella stessa configurazione che si sono evolute per seguire nei sistemi naturali. Di conseguenza siamo in grado di replicare le eccezionali proprietà dei materiali biologici mentre mantengono una perfetta integrazione ecologica. Questa è l’unica tecnologia a forma libera completamente integrata in TUTTI i cicli ecologici della terra, senza la necessità di intervento o recupero umano.
Che materiali usi?
I componenti principali che utilizziamo sono la cellulosa (la molecola biologica più abbondante e ampiamente distribuita) e la chitina (la più abbondante). Per dare un’idea di cosa significhi onnipresente in termini di molecole naturali: la Terra produce naturalmente in un anno la quantità di chitina per fornire più di 300 anni di produzione di plastica al ritmo attuale. E tutto questo materiale viene prodotto e degradato a ciclo continuo in tutto il mondo, dagli insetti e crostacei, ai funghi e persino recentemente è stato scoperto nei pesci.
Perché quei materiali?
Perché sono i due più abbondanti e ampiamente distribuiti. Se combini una tecnologia a forma libera (come la stampa 3D) con materiali che sono ovunque nel mondo, stai preparando il terreno per un cambio di paradigma, in cui la necessità di materiali e prodotti per il trasporto scompare completamente. Possiamo fabbricare qualsiasi cosa ovunque. La nostra tecnologia è stata definita “il pezzo mancante per l’economia circolare” per una buona ragione. Andiamo molto oltre l’attuale concetto di economia circolare, introducendo una tecnologia generalizzabile per sviluppare economie circolari regionali, dove materiali e prodotti vengono ottenuti, fabbricati e degradati in aree regionali chiuse, con un trasporto minimo. E tutto perfettamente integrato nell’ecologia della regione.
Come funziona?
Abbiamo sviluppato la nostra tecnologia seguendo i concetti di materiali biologici strutturali. La natura è in grado di produrre materiali straordinari; la forza della seta del ragno, la resistenza all’urto della madreperla o l’assorbimento di leggerezza / vibrazione del legno di balsa sono eccezionali rispetto alle controparti sintetiche più performanti. Tuttavia, ciò che è ancora più straordinario sono le condizioni in cui tali materiali vengono prodotti. La natura non ha il lusso di usare ingredienti molto rari, di spostare componenti in tutto il mondo o di usare enormi fonti di energia come facciamo con la plastica e i metalli. I sistemi biologici utilizzano i componenti più abbondanti, la maggior parte con proprietà meccaniche trascurabili e quasi nessuna energia per produrre questi materiali meccanicamente eccezionali.
Nel 2012 abbiamo dimostrato per la prima volta che il collegamento di molecole naturali con il design che hanno seguito per consentire la riproduzione di quelle straordinarie proprietà meccaniche per applicazioni ingegneristiche. Quel primo materiale, chiamato Shrilk, supponeva un cambio di paradigma. Non solo ha fornito la chiave per una nuova famiglia di materiali per la produzione, ma ha anche posto le basi per lo sviluppo di tecnologie pienamente integrate nell’ecologia della terra. 3 anni dopo abbiamo sviluppato l’applicazione generale di quel materiale, chiamato Fungus Like Adhesive Materials (FLAMs).
I FLAMS sono sviluppati come una tecnologia per la produzione e un materiale, in parallelo. Possono essere stampati, stampati in 3D o elaborati come se fossero in legno (levigatura, foratura, intaglio …). Una delle nostre prime dimostrazioni è stata la stampa 3D di una pala di turbina eolica da 1,2 m, prodotta interamente con FLAM utilizzando una combinazione di tecniche tradizionali e nuove. Un anno dopo abbiamo prodotto l’Idra, una struttura alta 5 metri che ad oggi è il più grande oggetto biologico mai stampato in tutto il mondo.
Che tipo di cose puoi fare con i tuoi materiali?
Attualmente stiamo stampando – utilizzando lo stesso sistema e lo stesso materiale – oggetti che vanno da 0,5 mm a 5 metri. È importante notare che questa tecnologia è stata completamente sviluppata negli ultimi 2,5 anni, da zero, e attualmente possiamo guardare negli occhi i sistemi più avanzati per la produzione additiva con polimeri sintetici. Teoricamente non abbiamo alcun limite, questi sono i limiti che abbiamo esplorato a causa delle applicazioni che stiamo prendendo in considerazione. In futuro li amplieremo se troveremo un’applicazione che richiede una risoluzione migliore o una scala più ampia.
Cosa speri di ottenere in cinque anni?
Chitonous è nato per cambiare il mondo e finalmente tutti i pezzi sono a posto. Siamo l’unica azienda e tecnologia che può guardare negli occhi al paradigma attuale incentrato sulla produzione di plastica in termini di costi, versatilità e scalabilità, e siamo completamente integrati nell’ecologia della terra, il che significa non solo una rivoluzione nel trasporto di oggetti e materiali, ma anche sui costi di gestione dei rifiuti per aziende e comuni. Stiamo collaborando con alcune delle più grandi aziende del mondo nei settori automobilistico, petrolio e gas, elettronica. Ciò che è molto importante notare è che la maggior parte di questi accordi è stata motivata dalle possibilità che la nostra tecnologia offre nei rispettivi settori e non perché i benefici ambientali. Riteniamo che ciò sia importante perché prevediamo che il nostro approccio rivoluzionerà la società e l’economia come hanno fatto in passato pietra, bronzo, ferro o plastica: la comparsa di un nuovo materiale che consente un salto di qualità sullo sviluppo tecnologico, con conseguente cambiamento sulla società e l’economia. E in questo caso uno sviluppo attorno alla produzione bio-ispirata comporta la transizione verso una società sostenibile.
Qual è la differenza tra i materiali e il PLA, ad esempio?
Il PLA, come la maggior parte delle cosiddette materie plastiche biodegradabili, si basa sul paradigma imposto dalla produzione di plastica. Sebbene provengano da origine biologica, la necessità di trasformarli in un materiale che può essere introdotto direttamente nella tecnologia di produzione esistente, si traduce in un materiale che diverge dall’origine naturale. Di conseguenza, ogni passaggio alla modifica del materiale per renderlo simile ai polimeri sintetici è a un passo dalla natura. Il risultato è un materiale che, pur iniziando ad essere naturale, si è trasformato in qualcosa di facile da fabbricare ma che la natura non può capire. Nel caso del PLA il degrado si verifica solo in condizioni molto specifiche di temperatura e microrganismi, quindi deve essere recuperato e portato in una struttura specializzata per essere degradato. Questo è qualcosa generalmente frainteso dalla maggior parte delle persone, che credono che un pezzo di PLA nel tuo cortile composterà naturalmente. In realtà il PLA durerà nell’ambiente un tempo simile a molte materie plastiche sintetiche “non biodegradabili”. In realtà in molte applicazioni, se il recupero è garantito, in realtà altre materie plastiche con una minore impronta di carbonio potrebbero essere una scelta più ecologica. L’aspetto importante qui è il recupero, che è il problema della plastica. Il recupero non sta avvenendo, è la spesa più alta dei comuni di tutto il mondo e sta diventando ancora più inaccessibile man mano che i nostri rifiuti diventano più complessi e abbondanti. L’aspetto importante qui è il recupero, che è il problema della plastica. Il recupero non sta avvenendo, è la spesa più alta dei comuni di tutto il mondo e sta diventando ancora più inaccessibile man mano che i nostri rifiuti diventano più complessi e abbondanti. L’aspetto importante qui è il recupero, che è il problema della plastica. Il recupero non sta avvenendo, è la spesa più alta dei comuni di tutto il mondo e sta diventando ancora più inaccessibile man mano che i nostri rifiuti diventano più complessi e abbondanti.
Il nostro concetto è l’opposto. La natura comprende solo materiali naturali, quindi la soluzione al nostro sviluppo insostenibile non verrà dall’invenzione di un nuovo materiale, ma dal controllo di materiali biologici che esistono da milioni di anni. Nel nostro approccio non cambiamo mai la molecola naturale, il pianeta è pieno di esempi di materiali biologici con un enorme potenziale di ingegneria, quindi non abbiamo bisogno di nuovi, dobbiamo essere in grado di usarli come fa la natura. Comprendiamo innanzitutto come si produce la natura e quindi repliciamo quei materiali con gli stessi componenti. Non possiamo fare affidamento sull’uscita dalla tecnologia, ma per sviluppare la tecnologia con i principi della biologia. Il risultato sono materiali perfettamente integrati nell’ecologia della terra e prodotti e degradati senza la necessità dell’intervento umano (es non è necessario alcun recupero). Stiamo solo includendo un nuovo passo nella vita di un materiale, tra la sua sintesi naturale e il suo degrado, trasformandolo in un oggetto.
Quindi potremmo semplicemente lasciare parti realizzate con i tuoi materiali in natura?
Tecnicamente non li stiamo “lasciando” nella natura poiché non se ne sono mai andati. Ma sì, poiché non abbiamo mai modificato le molecole biologiche, questi oggetti fanno parte della natura, quindi agli occhi della natura non sono diversi da un pezzo di legno. L’intervento umano è completamente inutile, si degraderanno e si integreranno completamente in ogni ecosistema terrestre, senza la necessità di recuperarli o curarli.
Sono tutti compostabili?
100% nel pieno senso di quella parola. Dove vedi molti oggetti stampati in 3D diversi, la natura vede un fungo.
Come si ottengono i materiali?
Attualmente li stiamo ottenendo come materie prime (cellulosa da piante verdi e chitina dall’industria della pesca) o dai rifiuti urbani (rifiuti alimentari e di carta).
Quali tipi di applicazioni vedi?
Il nostro materiale attuale è simile a una schiuma di poliuretano (molto) ad alta densità, ideale per realizzare oggetti di grandi dimensioni. Abbiamo scelto di spostarci prima in quell’area perché i polimeri sintetici hanno difficoltà a riempire quello spazio, mentre non abbiamo alcuna limitazione di dimensioni e il nostro costo è 20 volte più economico. Presentiamo un’enorme opportunità per i produttori di oggetti di pochi metri, come parti di automobili, mobili, costruzioni o macchinari. L’obiettivo è di ampliare la portata generale nei prossimi anni.
Quali sono i limiti?
Siamo una nuova tecnologia e come tale ampiamente fraintesa. Per la maggior parte delle persone è difficile credere che abbiamo una tecnologia che può guardare negli occhi alla produzione di plastica e allo stesso tempo essere pienamente sostenibile, al punto da poter innescare un cambio di paradigma nell’intero ecosistema produttivo. Per tutti questi dubbi finiscono quando toccano il materiale e ne provano le proprietà.
Quali sarebbero i costi al chilo?
Il costo attuale di FLAM è di 1,6 $ / Kg, ma prevediamo che questo costo diminuirà in modo significativo quando rimuoviamo il trasporto dall’equazione. Tale costo è simile alla plastica delle materie prime, ma è 10-20 volte più economico del filamento di plastica. Basta analizzare quella frase: abbiamo appena reso la stampa 3D da 10 a 20 volte più economica. Questa è la prima tecnologia nella storia dell’umanità che può guardare negli occhi alla produzione di plastica in termini di costi, versatilità e scalabilità. Ed è completamente integrato nell’ecologia della terra.
Che tipo di partner cerchi?
A questo punto la maggior parte delle nostre conversazioni sono con grandi aziende che vedono nella nostra tecnologia una tecnologia che consente di trasformare e portare la loro attività a un nuovo livello. Abbiamo ricevuto molte richieste da persone interessate a sostituire materiali non sostenibili in applicazioni di nicchia. Purtroppo il nostro obiettivo in questo momento è quello di interagire con i principali partner che possono aiutare a scalare la tecnologia il più velocemente possibile. Abbiamo già il primo impianto pilota in lavorazione, quindi stiamo cercando investitori che comprendano e risuonino con la nostra visione, per affrontare il problema della sostenibilità offrendo un nuovo paradigma nella produzione e consentendo la transizione verso società ed economie sostenibili come risultato della nostra transizione verso una nuova era tecnologica basata su materiali e tecnologie biologici.
