Riciclare un polimero tecnico, mescolarlo a un simulante del suolo lunare e utilizzarlo per stampare strutture che assorbono energia: è l’approccio descritto dai ricercatori della Concordia University di Montréal in uno studio presentato al pubblico il 6 ottobre 2026. Il lavoro, condotto da Farshad Malekpour e Mehdi Hojjati e pubblicato online su Composites Part B: Engineering, non riguarda la costruzione di una base abitabile già sperimentata sulla Luna. È invece una dimostrazione di laboratorio sulla produzione circolare di componenti funzionali, usando PEKK riciclato e polvere simile alla regolite lunare.
La differenza fra regolite e simulante
La regolite è l’insieme dei frammenti rocciosi e delle polveri che ricoprono il suolo lunare. Usarla come materia prima ridurrebbe la necessità di trasportare dalla Terra grandi quantità di materiale. Nelle prove canadesi non è stata impiegata regolite proveniente dalla Luna, ma un simulante commerciale progettato per riprodurne alcune caratteristiche rilevanti. Questa distinzione limita le conclusioni: forma, composizione e comportamento delle particelle reali possono variare in funzione del sito e del trattamento a cui saranno sottoposte in una missione.
Il materiale di matrice scelto è il PEKK, polieterechetonechetone, un termoplastico di alte prestazioni caratterizzato da resistenza termica e meccanica superiore a quella di molti polimeri utilizzati nelle stampanti da banco. Anche il PEKK comporta però esigenze di temperatura e controllo della cristallinità. Risulta quindi interessante non soltanto l’aggiunta del simulante, ma la possibilità di riutilizzare il polimero dopo un primo ciclo di servizio.
Lo studio usa una miscela con il 30% in peso di simulante di regolite lunare. Il restante 70% è costituito principalmente dal polimero riciclato e dalla formulazione necessaria alla lavorazione. Non bisogna confondere questo dato con la percentuale volumetrica: densità diverse rendono i due valori non equivalenti. La quantità di materiale locale effettivamente sostituibile in una missione dipenderà dalla densità e dalle proprietà che la parte minerale conferisce al composito.
Il percorso dalla struttura usata al nuovo filamento
Il gruppo ha recuperato scarti di PEKK da una precedente struttura sacrificabile. Il materiale è stato sminuzzato, macinato, essiccato e miscelato con la polvere simulante, quindi sottoposto a estrusione per ottenere un filamento adatto a un processo di material extrusion. Lo studio descrive anche il ricorso a un estrusore bivite nella preparazione del composito: una soluzione utile quando occorre distribuire in modo uniforme particelle solide all’interno di una matrice polimerica.
Il processo permette di ragionare su un circuito di riuso del materiale, ma non è ancora una fabbrica a ciclo chiuso operativa nello spazio. Un sistema reale dovrebbe raccogliere il materiale di scarto, separare eventuali contaminanti, gestire polveri e umidità e assicurare caratteristiche costanti dei filamenti successivi. Tutte queste fasi richiedono energia, attrezzature e controlli.
I ricercatori hanno sottoposto il PEKK a tre cicli di riciclo senza osservare una degradazione significativa delle proprietà termiche e meccaniche nelle condizioni esaminate. È un risultato incoraggiante per la formulazione sperimentata, ma non significa che lo stesso materiale possa essere riciclato indefinitamente. Il numero di passaggi tollerabili potrebbe cambiare con tempi di permanenza a caldo, ossidazione, eventuale contaminazione e progettazione delle geometrie.
Perché stampare componenti progettati per deformarsi
La ricerca riguarda strutture sacrificabili: elementi che proteggono altri componenti assorbendo energia durante un impatto o una compressione. Il termine non indica necessariamente un oggetto destinato a essere buttato dopo una sola prova. Può trattarsi di una parte sostituibile che, deformandosi, riduce il carico trasmesso a una struttura più costosa, come un modulo o un apparato di atterraggio.
Il gruppo ha realizzato provini standard e reticoli di tipo gyroid, in particolare geometrie della famiglia Schwarz-G. Queste strutture tridimensionali possono offrire percorsi di deformazione progressivi, con una risposta dipendente dalla frazione di vuoto, dallo spessore delle pareti e dall’orientamento delle celle. La stampabilità di tali reticoli è una delle ragioni per cui l’additive manufacturing risulta attraente rispetto a una lavorazione convenzionale.
Nelle prove di compressione i reticoli in stato amorfo hanno mostrato una densificazione plastica progressiva e capacità di assorbire energia in condizioni di carico quasi statico. I campioni sottoposti a ricottura, invece, sono diventati più rigidi ma meno duttili. La scelta del trattamento termico comporta dunque un compromesso: se la funzione principale è assorbire energia, la massima rigidezza non è sempre il risultato desiderato.
Queste osservazioni non costituiscono una certificazione per l’atterraggio lunare. Un sistema reale dovrebbe resistere anche a urti dinamici, vibrazioni, variazioni termiche estreme e lunghi periodi di conservazione. Le prove quasi statiche sono un passaggio utile, ma non sostituiscono la caratterizzazione a velocità di deformazione elevate o le prove su componenti di scala rappresentativa.
Cristallizzazione, ritiro e porosità
Il gruppo ha osservato che il simulante minerale non comprometteva la stabilità termica di base del PEKK e modificava il comportamento di cristallizzazione. In particolare la temperatura della cristallizzazione a freddo risultava più bassa, suggerendo la possibilità di rendere più efficiente la fase di ricottura. Questo può essere importante su un sistema con energia e tempo di processo limitati, anche se la convenienza netta andrebbe calcolata sul ciclo produttivo completo.
L’aggiunta di regolite simulata ha inoltre ridotto il ritiro dimensionale durante il trattamento termico. Per la produzione additiva questa è una proprietà interessante: un pezzo che si ritira meno potrebbe conservare meglio le dimensioni progettate. Non bisogna però trarne la conclusione che il materiale sia più resistente in ogni condizione. Lo studio segnala una maggiore porosità interna rispetto al PEKK non caricato, con conseguente maggiore fragilità in alcune prove.
La microstruttura spiega perché le proprietà di un composito stampato non dipendano soltanto dalla formula chimica. Adesione fra i cordoni, pori tra gli strati, orientamento della deposizione e distribuzione delle particelle possono determinare differenze notevoli fra due provini nominalmente identici. Quando si parla di materiale riciclato, il controllo di questi fattori diventa ancora più importante.
Dalla prova meccanica a un oggetto funzionale
Oltre ai reticoli, i ricercatori hanno stampato una chiave a cricchetto ispirata a un noto progetto dimostrativo per applicazioni spaziali. È utile come prova di fattibilità: mostra che il composito può essere trasformato in una geometria funzionale più complessa di una barretta per trazione. Non dimostra automaticamente la durata dell’attrezzo in un utilizzo reale, né garantisce resistenza all’usura delle superfici mobili.
Il contesto è la cosiddetta ISRU, In-Situ Resource Utilization: utilizzare risorse disponibili nel luogo della missione. Un materiale locale può contribuire a ridurre la massa lanciata dalla Terra, ma il legante polimerico ad alte prestazioni rimane una risorsa che bisogna importare, recuperare o produrre con una filiera ulteriore. Il riciclo consente di aumentare la durata d’uso di quel materiale, non di renderne superflua la disponibilità iniziale.
Il confronto con la ricerca precedente sul PEKK lunare
Il gruppo Concordia aveva già studiato compositi PEKK con carichi molto elevati di simulante lunare, fino al 60% in peso, in un lavoro precedente. La novità qui non è quindi semplicemente l’idea di aggiungere una roccia simulata al polimero, ma l’attenzione alla chiusura del ciclo di vita: recuperare strutture stampate, trasformarle nuovamente in materiale utilizzabile e misurare l’effetto del riciclo. Le due linee di ricerca rispondono a domande diverse. Aumentare la quota minerale può ridurre la quantità di polimero da importare; utilizzare materiale riciclato può aumentare il numero di utilizzi dello stesso polimero.
Questi obiettivi possono entrare in tensione. Una frazione minerale molto elevata può complicare l’estrusione, aumentare la fragilità o alterare le proprietà di adesione fra strati. Una formulazione più conservativa può offrire migliore stampabilità e prestazioni più adatte alla funzione scelta, pur sfruttando una percentuale inferiore di materiale locale. Non esiste quindi una miscela migliore in assoluto: la composizione deve essere progettata in funzione dell’urto da assorbire, dei cicli di riciclo previsti e delle capacità reali delle attrezzature disponibili in missione.
Che cosa è stato dimostrato e che cosa manca
Lo studio dimostra una catena di riciclo e stampa di laboratorio con 30% in peso di simulante lunare, la possibilità di ripetere il riciclo nelle condizioni provate e un comportamento interessante di reticoli capaci di assorbire energia. Non comprende una dimostrazione in gravità lunare, nel vuoto o con regolite autentica; non valida neppure una catena industriale già installabile su un lander.
Restano da valutare l’invecchiamento da radiazioni, i cicli termici, la stabilità dei materiali riciclati dopo esposizione prolungata e l’affidabilità delle macchine di triturazione, miscelazione e stampa in condizioni extraterrestri. La buona notizia non è quindi la nascita di un’edilizia lunare pronta all’uso, ma la possibilità di progettare fin dall’inizio componenti per essere riutilizzati come materia prima di una seconda applicazione. Nella logica delle missioni di lunga durata, è un cambiamento progettuale che potrebbe avere un valore molto concreto.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
