I polimeri industriali ora sono prodotti in modo sostenibile dalla lignina
La lignina è un polimero naturale presente nella maggior parte delle piante. Poiché una delle sue funzioni principali è l’irrigidimento, le piante rigide come gli alberi ne contengono generalmente grandi quantità. Tradizionalmente, gli esseri umani non hanno valorizzato la lignina. È un sottoprodotto scartato dalla fabbricazione di carta di alta qualità. Dai processi di spappolamento, l’Europa accumula circa 17 milioni di tonnellate di lignina indesiderata all’anno. La maggior parte viene bruciata, e circa il 2 % viene utilizzato per altri scopi commerciali di basso valore. In realtà, la lignina può essere utilizzata in modo redditizio. Può essere un materiale di partenza per alcuni prodotti polimerici attualmente a base di petrolio. La lignina è anche abbastanza abbondante da sostituire tale fonte, il che prefigura possibilità di sostenibilità interessanti, in linea con gli obiettivi di efficienza dell’Europa.
Dalla lignina alla fibra di carbonio
Il progetto EUCALIVA, finanziato dall’UE, ha sviluppato e dimostrato nuovi metodi per convertire la lignina grezza nei precursori di altri prodotti, quali fibre di carbonio, film elastici destinati a diventare tessuti e materiali intelligenti, anche tessuti non tessuti e loro derivati. I ricercatori hanno dimostrato e convalidato un impianto di produzione su scala pilota. EUCALIVA ha ricevuto finanziamenti dall’impresa comune Bioindustrie, un partenariato pubblico-privato tra l’UE e l’industria. Il processo EUCALIVA recupera la lignina dal liquor nero. Questo è un sottoprodotto del processo chimico kraft che rimuove la lignina dalla pasta di legno. «Ci siamo concentrati su tre aspetti fondamentali della preparazione della lignina», spiega Nuria Valdés Mediavilla, responsabile di progetto. «Abbiamo ottimizzato la separazione e la preparazione della lignina e la fabbricazione di fibre a base di lignina; abbiamo sviluppato percorsi di termostabilizzazione efficienti e più veloci; infine, abbiamo sviluppato fibre di carbonio e altri materiali a base di carbonio con proprietà migliorate.» Il miglioramento delle proprietà meccaniche delle fibre di carbonio permette loro di sostituire il vetro in applicazioni strutturali, come i compositi rinforzati con fibre, e di essere utilizzate per altre applicazioni funzionali. EUCALIVA utilizza la polpa ottenuta dall’Eucalyptus globulus. È la specie arborea ideale per le piantagioni, che cresce alta e dritta, e così rapidamente che il suo ciclo di raccolta è di 9-14 anni. Tuttavia la tecnica di estrazione della lignina dovrebbe essere adattabile ad altre specie. Il progetto è iniziato a un livello di maturità tecnologica 4-5, il che significa che la tecnologia era stata convalidata. I ricercatori hanno portato il progetto a TRL 7, dimostrando il prototipo del sistema in un ambiente operativo. L’impianto pilota ha fornito materiali che saranno collaudati dagli utenti industriali.
Elettrodi indossabili e basati sull’abbigliamento
I test comprendevano un materiale estensibile, su cui era stampato un circuito miniaturizzato. Gli elettrodi potrebbero entrare comodamente a contatto con la pelle umana, dove monitorano e quantificano i biomarcatori fondamentali della traspirazione umana. Il team ha anche dimostrato l’integrazione degli elettrodi estensibili sia negli abiti da lavoro protettivi che nei guanti. Gli elettrodi hanno funzionato con successo su cicli ripetuti di allungamento. Questo ha dimostrato il potenziale degli elettrodi integrati negli indumenti e per il monitoraggio della salute di chi li indossa. Molte altre applicazioni dovrebbero essere possibili. Per esempio, il team sta lavorando su una stuoia in fibra di carbonio a base di lignina, porosa, chiamata tessuto di carbonio attivato. «Per ora», aggiunge Valdés Mediavilla, «ognuno dei nostri partner porterà la tecnologia di conversione della lignina in direzioni diverse. Alcuni svilupperanno le applicazioni dei biosensori, altri cercheranno di produrre nuovi materiali. Per il momento, nessuna applicazione è pronta per la commercializzazione.» Tuttavia, presto la lignina sostituirà le fonti fossili per molti materiali a base di polimeri.
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