Trasformare le piante in materiali di nuova generazione
Con il passaggio a un’economia più verde e sostenibile, saranno necessari nuovi materiali basati su fonti rinnovabili. Le nano e microparticelle di cellulosa e lignina sono bersagli promettenti in quanto sono a base biologica, cioè ricavate dalle piante. Nel progetto BioELCell, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, i ricercatori hanno sviluppato nuovi metodi per disassemblare i polimeri di origine vegetale e riassemblarli in materiali funzionali che sosterranno le future bioeconomie in Europa e nel mondo. «BioELCell ha creato nanomateriali a base di cellulosa derivati da risorse vegetali, compresi i residui di biomassa», afferma Orlando Rojas, professore ospite presso Università di Aalto ed ex coordinatore del progetto BioELCell.
Fabbricazione verde su scala nanometrica
BioELCell ha sviluppato nuovi metodi che utilizzano la lavorazione ecologica e la fabbricazione su scala nanometrica per creare una serie di nuovi materiali a base vegetale. Per la maggior parte, ciò ha comportato l’isolamento, il frazionamento e la riduzione dimensionale delle strutture polimeriche presenti in natura. «In sostanza, una decostruzione dall’alto verso il basso porta a blocchi di costruzione che vengono poi riassemblati in nuove strutture in cui vengono utilizzate le funzioni intrinseche ai materiali, ma sotto forma di architetture ingegnerizzate, utilizzando un processo di sintesi dal basso verso l’alto», spiega Rojas.
Creare fermento con i nuovi nanomateriali
Il team di BioELCell ha creato diversi nuovi materiali, che hanno suscitato un notevole interesse da parte del pubblico e dei media. Tra questi, i filamenti prodotti dalla nanocellulosa, che trovano applicazione in campo biomedico come materiali elettroattivi e strutturali. Altri sviluppi hanno riguardato il riciclaggio dei rifiuti agro-forestali in filamenti, pellicole e materiali stampati in 3D. Questi possono essere ampiamente utilizzati, anche per l’adsorbimento di CO2, come materiali da costruzione e persino come strutture di barriera corallina artificiale. «BioELCell ha sviluppato nuovi metodi di biofabbricazione per creare geometrie complesse guidando i microrganismi (attraverso l’aerotassi) in un processo di biofabbricazione, che è stato esteso agli impianti biomedici», aggiunge Rojas. Le architetture ottenute dagli scarti di potatura dei mirtilli sono state utilizzate in condizioni subacquee, tra cui esperimenti sulla costa di Cozumel in Messico volti a fornire un supporto per il ripristino della barriera corallina.
Far progredire la scienza dei nanomateriali
«Più recentemente, BioELCell si è impegnato in scoperte scientifiche che hanno avuto un impatto importante nel campo dei nanomateriali basati sulla chitina e sulla lignina», osserva Rojas. Il primo è un biopolimero derivato dalla biomassa oceanica (come i residui di gamberi e granchi), da funghi e insetti, mentre il secondo è una biomacromolecola aromatica presente nelle piante. È significativo che BioELCell sia stato pioniere di un sistema di aerosol per produrre particelle di lignina secca che sono state utilizzate, tra l’altro, per la stabilizzazione delle emulsioni, la cattura del carbonio, i colori fotonici e i bio-inchiostri. Il team ha anche utilizzato l’apprendimento automatico per progettare le microstrutture dei tannini. Inoltre, utilizzando l’autoassemblaggio di nanocristalli di cellulosa indotto dall’evaporazione, hanno creato una «super-colla» a base d’acqua con prestazioni paragonabili a quelle delle controparti microfabbricate all’avanguardia. «Sono state segnalate molte applicazioni più avanzate, ad esempio nei dispositivi biomedici, nei sensori e nei materiali energetici», afferma Rojas.
Formazione di nuovi partenariati
Nell’ambito della Boreal Alliance e come emanazione di BioELCell, è stato stabilito un forte collegamento tra Finlandia e Canada. Due organizzazioni della Università di Aalto e della Università della Columbia Britannica stanno lavorando per promuovere la bioeconomia circolare nel settore forestale. Un obiettivo comune di queste organizzazioni è quello di ridurre il rischio delle tecnologie per trasformare le risorse rinnovabili in bioprodotti, promuovendo la traduzione delle conoscenze e aggiungendo valore a materiali che sono altrimenti considerati come rifiuti.
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