Polistirolo ecologico, un nuovo materiale a base vegetale

Il nuovo polistirolo ecologico a base vegetale.

I ricercatori della Washington State University hanno creato e testato il polistirolo ecologico: un nuovo materiale a base vegetale sostitutivo al polistirolo tradizionale e che dal punto di vista dell’isolamento funziona anche meglio. Questo nuovo polistirolo ecologico potrebbe sostituire il materiale a cui siamo abituati in diversi campi di applicazione.

 Un frammento solido dell’innovativa schiuma a base di cellulosa (fonte: Washington State University). Un frammento solido dell’innovativa schiuma a base di cellulosa (fonte: Washington State University).

Il lavoro di ricerca e sperimentazione è stato condotto da Amir Ameli, ricercatore presso la School of Mechanical and Materials Engineering, e Xiao Zhang, professore associato presso la Gene and Linda School of Chemical Engineering and Bioengineering. Il lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti e dall'Ufficio di commercializzazione della WSU.

La schiuma vegetale è costituita principalmente da nanocristalli di cellulosa – materiale naturale tra i più abbondanti in natura –, che in chimica sono identificati con un componente che prende il nome di nanocellulosa.

 Struttura tipo di schiume a base di nanocellulosa bagnate stabilizzate da (a) un tensioattivo non ionico,  (b) parzialmente idrofobico CNF e (c) metilcellulosa e CNC (fonte : Royal Society of Chemistry). Struttura tipo di schiume a base di nanocellulosa bagnate stabilizzate da (a) un tensioattivo non ionico,  (b) parzialmente idrofobico CNF e (c) metilcellulosa e CNC (fonte : Royal Society of Chemistry).

Per il polistirolo ecologico, i ricercatori hanno inoltre sviluppato un processo di produzione semplice e rispettoso dell'ambiente e per produrre la schiuma, utilizzando l’acqua anziché i comuni solventi nocivi. La principale sfida nella produzione di solidi porosi a base di nanocellulosa è infatti il mantenimento della struttura porosa durante la rimozione del solvente.  L'evaporazione di acqua da un materiale poroso produce sollecitazioni capillari indotte dalla pressione che possono deformare i pori e provocare deformazioni, collassi o fessurazioni. Diverse tecniche di essiccazione sono state sviluppate per evitare la deformazione o il collasso della rete porosa durante la rimozione dei diversi tipi di solventi, da quelli chimici fino all’acqua naturale che ha dato i migliori risultati per quanto riguarda il mantenimento della struttura del materiale.

Cos'è il polistirolo tradizionale

La schiuma di polistirene, comunemente conosciuta con il nome di polistirolo, è un materiale molto utilizzato nell’industria e nel settore edile: derivato dal petrolio, la sua lavorazione necessita però l’impiego di materiali che risultano tossici. Esso inoltre non si degrada naturalmente con conseguenze inevitabili per l’ambiente; per smaltirlo l’unico modo è bruciarlo ma tale pratica fa sì che in atmosfera si sprigionino sostanze inquinanti.

Ad oggi sono stati sviluppati diversi brevetti per trovare un’alternativa ecologica al polistirolo ma tutte le schiume a base di sostanze naturali avevano dato risultati mediocri dal momento che non rispondevano a caratteristiche di resistenza, isolamento, e per di più si degradavano molto facilmente rispetto al comune polistirolo.

Il polistirolo ecologico

Nel loro lavoro, il team della WSU è riuscito a creare un polistirolo ecologico, materiale a base vegetale costituito da circa il 75% di nanocristalli di cellulosa dalla pasta di legno. 

  • È stato aggiunto alcool polivinilico, un altro polimero che si lega ai cristalli di nano cellulosa, e rende più elastiche le schiume risultanti: questo ha permesso di creare un materiale che contiene una struttura cellulare uniforme e di conseguenza da ottimi risultati come isolante. 
  • La schiuma vegetale è molto leggera e può supportare fino a 200 volte il proprio peso senza cambiare forma. 
  • Si degrada bene e bruciandolo non produce ceneri inquinanti.

Per la prima volta, secondo i ricercatori, il materiale a base vegetale ha superato le capacità isolanti del polistirolo tradizionale. 

 Struttura dell’innovativa schiuma a base di cellulosa (fonte: Washington State University). Struttura dell’innovativa schiuma a base di cellulosa (fonte: Washington State University).

Uno dei ricercatori responsabili della ricerca sul polistirolo ecologico, Amir Ameli, racconta così la scoperta :

«Abbiamo utilizzato un metodo semplice per realizzare schiume composite ad alte prestazioni basate su cellulosa nanocristallina con un'eccellente combinazione di capacità di isolamento termico e proprietà meccaniche", ha affermato Ameli. "I nostri risultati dimostrano il potenziale dei materiali rinnovabili, come la nanocellulosa, per materiali isolanti termici ad alte prestazioni che possono contribuire al risparmio energetico, minore utilizzo di materiali a base di petrolio e riduzione dell'impatto ambientale negativo».

Il futuro dei nuovi materiali a base vegetale

I ricercatori della WSU non si sono fermati alla recente scoperta sul polistirolo ecologico: stanno infatti sviluppando formulazioni per materiali più resistenti e più durevoli per applicazioni pratiche in modo da creare prodotti commercialmente validi con materiali alternativi a quelli sintetici.

Il professor Xiao Zhang dichiara:

«Questa è una dimostrazione fondamentale del potenziale della cellulosa nanocristallina come importante materiale industriale […] Questo materiale promettente ha molte proprietà desiderabili, e per essere in grado di trasferire queste proprietà su una scala di massa per la prima volta attraverso questo approccio ingegnerizzato è molto eccitante».

Sono diversi i materiali in fase di sperimentazione o già in uso come alternative ai materiali sintetici e derivati da sostanze inquinanti. Alcuni sono semplici sostituti naturali utilizzati in edilizia per esempio, così come sono già in natura, come le lane vegetali e i prodotti della canapa altri, come i cosiddetti UMMs – Ultralight Metallic Microlattices sono pensati per la realizzazione di aeroplani.

Attualmente nel mondo però vi sono delle limitazioni non tanto dovute al fatto che per la sperimentazione occorrono tempo e investitori interessati a spingere per il cambiamento verso i materiali ecologici, quanto al fatto che decidere di dire stop a materiali derivati dal petrolio va contro le logiche delle lobby dell’oro nero che subirebbero perdite oggettive nei propri affari.

Le applicazioni possibili delle schiume di cellulosa

Materiali porosi a base vegetale (nanocellulos) come il polistirolo ecologico sono stati testati per essere utilizzati come materiali assorbenti, modelli per materiali inorganici o carbonio poroso,  membrane / filtri per gas,  e materiali di imballaggio. Tra i disparati usi che se ne possono fare, essi sono utilizzati – anche se in diverse realtà ancora in fase di test – come:

  • materiali termoisolanti e ignifughi;
  • dispositivi elettrici e sistemi di accumulo di energia basati su nano cellulosa;
  • impalcature per applicazioni biomediche e farmaceutiche.

Mariangela Martellotta

Mariangela Martellotta Architetto

Architetto pugliese. Prima di decidere di affacciarsi al nascente settore dell’Ecosostenibilità lavorava nel settore degli Appalti Pubblici. È expert consultant in bioarchitettura e progettazione partecipata. Opera nel settore della cantieristica. È membro della Federazione Speleologica Pugliese.

Ti potrebbero interessare anche...