Il metodo potrebbe ridurre i costi di produzione del 25% e le emissioni. Per ora resta una possibilità da verificare su scala industriale, ma indica una strada concreta verso auto più leggere e sostenibili
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Fibra di carbonio sostituita dagli scarti della carta
Gli scarti della carta al posto della fibra di carbonio, materiale leggerissimo e molto resistente ampiamente usato nella produzione di auto, ma anche dall’industria aeronautica. Il limite per la sostenibilità? Si produce partendo dal petrolio, il che la rende costosa e poco ecologica. La lignina invece è una sostanza che si ricava dal legno e potrebbe sostituire il petrolio, ma finora le fibre fatte con la lignina non erano abbastanza performanti per essere usate davvero nell’industria. Dagli Stati Uniti, gli ingegneri della Washington University di St. Louis hanno realizzato una ricerca pubblicata sulla rivista Matter per approfondire il processo di produzione per realizzare un nuovo materiale resistente con gli scarti della carta.
L’idea dei ricercatori
L’elemento chiave del progetto è l’utilizzo della lignina, il secondo biopolimero naturale più abbondante sulla Terra, che è un materiale scartato dalle industrie della pasta di carta e della bioraffinazione, con un notevole impatto ambientale. I ricercatori sono partiti da questa consapevolezza scientifica: dentro la fibra di carbonio ci sono minuscoli cristalli. Più questi cristalli sono allineati nella stessa direzione, più la fibra è forte e conduce bene l’elettricità. Ed è su questa caratteristica che hanno puntato i ricercatori: sull’allineamento dei cristalli.
Lignina nella fibra di carbonio
Per produrre la fibra di carbonio si aggiunge un derivato del petrolio – il poliacrilonitrile sintetico, chiamato PAN – che non è economico e rappresenta fino al 50% del costo totale di produzione delle fibre di carbonio. Questo procedimento limito l’uso del carbonio solo nei prodotti di fascia alta. Ma aggiungendo lignina nella produzione, gli ingegneri dell’ateneo americano, hanno scoperto di poter dimezzare l’utilizzo di PAN, quindi ridurre i costi di produzione del 25% e diminuire le emissioni di carbonio.
Come ci sono riusciti
I ricercatori hanno aggiunto piccolissimi tubi di carbonio (nanotubi) che fanno da guida e aiutano i cristalli a formarsi in modo ordinato. Il risultato è una fibra ottenuta più resistente che conduce meglio l’elettricità. Il metodo ha consentito al nuovo materiale di poter raggiungere una resistenza alla trazione di 2,04 GPa, la forza che può sopportare prima di rompersi, e una rigidità di 176 GPa, cioè la “percentuale” di deformazione sotto sforzo. Entrambi i valori hanno superato lo standard richiesto dal settore automobilistico; lo studio, quindi, indica una strada concreta per produrre materiali leggeri e più sostenibili. “Per la prima volta, questo ci permette di creare fibra di carbonio rinnovabile che raggiunge gli elevati standard qualitativi utilizzati nella produzione automobilistica“, ha affermato Joshua Yuan, autore dello studio.
Scarti di carta al posto del carbonio?
Questa innovazione potrebbe fare la differenza perché risolverebbe un problema che frenava da anni la fibra di carbonio ecologica. Il metodo si svolge in tre fasi: prima si mescolano nanotubi di carbonio con lignina e PAN, in modo che i cristalli si formino già ordinati e allineati; poi la miscela viene trasformata in fibra con la filatura a umido e tirata durante il trattamento termico, così l’allineamento si mantiene e si accentua; infine un trattamento finale ad alta temperatura regolato con cura, rinforza la fibra e ne fissa la struttura. Il punto forte del metodo è la sinergia, poiché nessun passaggio da solo basterebbe.
Ovviamente ci troviamo di fronte ad una possibilità teorica, come sempre avviene con la ricerca, che se applicata al mondo dell’automotive, renderebbe le auto più leggere quindi che consumano meno carburante o hanno più autonomia se elettriche. Una fibra basata sulla lignina, che è un sottoprodotto abbondante dell’industria della carta e del legno, potrebbe abbassare i costi e le emissioni, come indicano le analisi tecnico-economiche e del ciclo di vita.
