Per la prima volta una soluzione composta da idrogel in nanocellulosa e alghe è stata stampata in 3D per fornire un’alternativa ecologica all’architettura convenzionale
La miscela utilizza l’alginato d’alghe per aumentare la flessibilità dell’idrogel
(Rinnovabili.it) – Oggi il settore delle costruzioni consuma il 50% delle risorse fossili mondiali, genera il 40% dei rifiuti globali e provoca il 39% delle emissioni di anidride carbonica. Se vogliamo raggiungere la decarbonizzazione totale la strada da percorrere dovrà necessariamente prevedere anche lo sviluppo di biomateriali innovativi e con un ridotto impatto ambientale. Come l’idrogel in nanocellulosa e alghe stampato in 3D grazie alla ricerca condotta dalla Chalmers University of Technology in Svezia e dal Wallenberg Wood Science Center.
La nanocellulosa in realtà è ben conosciuta tra i biomateriali anche associati alla stampa 3D, la sua applicazione fino ad oggi ha riguardato principalmente la medicina, grazie alla sua biocompatibilità e umidità. Fino ad oggi però non si era mai pensato di applicare le proprietà della nanocellulosa anche all’architettura attraverso un processo di essiccazione.
“Per la prima volta abbiamo esplorato un’applicazione architettonica dell’idrogel di nanocellulosa. Nello specifico, abbiamo fornito le conoscenze finora mancanti sulle sue funzionalità legate alla progettazione e abbiamo mostrato, con l’aiuto dei nostri campioni e prototipi, la sintonizzabilità di queste funzionalità attraverso la progettazione digitale personalizzata e la stampa 3D robotizzata”, afferma Malgorzata Zboinska, autrice principale dello studio della Chalmers University of Technology.
Nanocellulosa, acqua e alghe
Il team ha utilizzato fibre di nanocellulosa e acqua, aggiungendo un materiale prodotto dalle alghe e comunemente chiamato alginato. Grazie all’alginato e alla sua flessibilità, i ricercatori sono riusciti a trasformare il composto in un idrogel in nanocellulosa stampabile in 3D. Il risultato è un biomateriale a basso impatto che potrebbe ricoprire un ruolo significativo nel mercato dei prodotti per l’edilizia. “La nanocellulosa utilizzata in questo studio può essere acquisita dalla silvicoltura, dall’agricoltura, dalle cartiere e dai residui di paglia dell’agricoltura. In questo senso è un materiale molto abbondante”, sottolinea inoltre Malgorzata Zboinska.
Il cerchio si chiude grazie alla stampa 3D
Partendo da un biomateriale idrogel in nanocellulosa si arriva poi al processo di stampa, altro elemento “green” della ricerca. L’utilizzo della stampa 3D in architettura potrebbe contribuire significativamente a rendere questo settore maggiormente circolare, salvaguardando il maggior numero possibile di risorse. La stampa 3D elimina la produzione di oggetti di supporto, come le casseformi o gli stampi, eliminando parte dei rifiuti. Inoltre è una soluzione molto efficiente dal punto di vista energetico. Il sistema di stampa robotico impiegato dai ricercatori non utilizza calore, ma solo pressione dell’aria. “In questo modo risparmiamo molta energia poiché lavoriamo solo a temperatura ambiente”, sottolinea Malgorzata Zboinska. “Il processo ad alta efficienza energetica si basa sulle proprietà di assottigliamento del taglio dell’idrogel di nanocellulosa. Quando si applica la pressione, si liquefa consentendone la stampa in 3D, ma quando si toglie la pressione mantiene la sua forma”. Una soluzione che ha permesso al team di lavorare senza i processi ad alto consumo energetico comuni nel settore edile.
Le soluzioni sperimentate con l’idrogel in nanocellulosa dai ricercatori sono infinite: dai componenti architettonici autonomi, come divisori leggeri, tende e sistemi di pannelli a parete, ai rivestimenti di componenti edilizi esistenti, come piastrelle per pareti, elementi acustici o isolanti.
“I materiali da costruzione tradizionali sono progettati per durare centinaia di anni. Abbiamo cemento, vetro e tutti i tipi di materiali duri che resistono e sappiamo come invecchieranno nel tempo. Al contrario, i materiali a base biologica contengono materia organica, che è progettata fin dall’inizio per biodegradarsi e ritornare alla natura. Dobbiamo quindi acquisire conoscenze completamente nuove su come applicarli in architettura e su come abbracciare i loro cicli di vita più brevi e i modelli di comportamento eterogenei, più simili a quelli che si trovano in natura piuttosto che in un ambiente artificiale e completamente controllato. I ricercatori di design e gli architetti sono ora intensamente alla ricerca di modi per progettare prodotti realizzati con questi materiali, sia dal punto di vista funzionale che estetico”, conclude Malgorzata Zboinska. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Materials and Design.
