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Costruire il futuro con la cellulosa

Da piante e scarti vegetali, le alternative verdi all’acciaio e al cemento

Gio 27 Mar 2014 | di Roberto Lessio e Francesco Buda | Energia
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È una domanda che probabilmente ognuno di noi si è fatto nella vita: come fanno certi alberi, tipo le sequoie della California, a diventare grandi come un grattacielo di 40 piani? Per forza naturale ci devono essere delle materie vegetali “costruttive” molto resistenti alle intemperie, come gli uragani, che tra l’altro rendono quegli alberi molto più longevi. Le sequoie possono vivere anche 2.000 anni. La risposta l’hanno trovata gli scienziati della Perdue University di West Lafayette in Indiana (USA). È un nuovo super materiale in grado di sostituire l’acciaio, ma che è fatto di “carta”.

I SEGRETI DELLA CELLULOSA
Intendiamoci! Non è la carta comune che noi siamo abituati ad usare, ma si tratta dei piccolissimi cristalli di cellulosa che formano dei circuiti integrati MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), i quali hanno reso realizzabili le nanotecnologie. Questi cristalli sono così piccoli che nessuno era riuscito a capirne con precisione la funzione. Di conseguenza non si era capito quanto sono forti. Per misurare queste forze era necessario creare appositamente per loro una scala nanometrica, vale a dire di dimensioni ridottissime (un nanometro è pari a un milionesimo di millimetro); un calcolo non semplice, che sono riusciti a realizzare gli scienziati americani, ottenendone un prodotto altamente resistente, tanto da poter essere usato come materiale da costruzione. I nanocristalli di cellulosa per i biomateriali potrebbero provenire da alberi, piante, alghe o batteri e persino dagli scarti delle cartiere. 

SOSTITUIRE ACCIAIO E CEMENTO
«I materiali di cellulosa sono rinnovabili, ecocompatibili, biodegradabili ed abbassano il contenuto dei gas serra nell’atmosfera», affermano con giusto orgoglio i ricercatori americani. Non siamo ancora nella fase di produzione industriale, ma ormai la strada per sostituire con materiali naturali, acciaio, calcestruzzo e laterizi per realizzare e ristrutturare le nostre abitazioni è ormai tracciata. 
Infatti, anche presso l'Università Ebraica di Gerusalemme, hanno pensato a qualcosa del genere mettendo a punto un metodo per la produzione di pannelli isolanti da installare come pareti delle case. Anche questo metodo è stato sviluppato partendo dai nano-cristalli di cellulosa. 

ISOLANTI ED ANTINCENDIO 
I pannelli isreaeliani vengono assemblati mischiando la cellulosa con un collante ottenuto da una resina naturale e che a sua volta si ottiene dagli scarti di lavorazione della canna da zucchero. A questi due ingredienti viene aggiunto un ritardante di fiamma che rende tutto l’impasto ignifugo (non infiammabile) anche ad altissime temperature. 
Anche in questo caso non si è arrivati ancora ad una fase di produzione, perché i pannelli prodotti sono grandi come una cartolina, ma attualmente è in via di sviluppo una tecnologia di produzione. Del resto non manca di certo la materia prima. Ogni anno nella produzione mondiale di cellulosa, ad esempio, restano inutilizzate milioni di tonnellate di fibre che hanno una dimensione troppo piccola per ottenerne carta. La maggior parte viene bruciata per produrre calore ed energia.  

 


       
Energia dall’acqua che evapora

Un batterio permette di sfruttare i cambiamenti nell'umidità dell'aria per generare energia rinnovabile. è il risultato di uno studio dell'istituto Wyss dell'Università di Harvard. I ricercatori sono riusciti ad “imbrigliare” l’energia necessaria al processo di evaporazione grazie alle spore “dormienti” prodotte dal Bacillus subtilis. In sostanza, queste spore si riducono in assenza di umidità e tornano alla forma originaria grazie alla presenza di acqua. Una sorta di mini-spugne, per intenderci, capaci di sprigionare una forza notevole. Si è scoperto con il solo soffio umano, una lastra di silicio cosparsa di queste spore si è piegata subendo una deformazione con una forza 1.000 volte maggiore di quella di un muscolo umano, e 10 volte superiore a quella dei migliori attuatori usati in ingegneria. Sperimentando con nuovi materiali, il dottor Sahin di Harvard ha poi scoperto che la gomma è il materiale dove l'effetto deformante delle spore è il maggiore. Ha così costruito un generatore in miniatura, una struttura di mattoncini Lego in cui le deformazioni di un foglio di gomma ricoperto di spore vengono trasformate in un movimento rotatorio che genera elettricità attraverso una dinamo. Si punta così a realizzare generatori di elettrività rinnovabile che sfruttino i cambiamenti nell'umidità dell'aria nel corso della giornata anche di notte, e non solo durante il giorno come i generatori a energia solare, come ha spiegato Don Ingber, direttore del Wyss Institute.

 



Legno antisismico, economico e veloce: Italia all’avanguardia

È italiano il palazzo antismico tutto di legno super resistente ai terremoti. Si chiama Sofie, frutto della ricerca del Cnr, è alto 7 piani ed è il primo edificio ligneo ad aver resistito al test antisismico più distruttivo, sulla tavola vibrante più grande al mondo a Miki, in Giappone. Sofie è anche anti-incendio, riuscendo a conservare intatte le proprietà meccaniche e la sua struttura, dopo oltre un'ora di test del fuoco. A Milano sono stati inaugurati i primi condomìni di legno italiani: 4 torri da 9 piani, costruiti in soli 18 mesi (foto). Il Comune milanese ha da poco avviato un progetto per la costruzione di scuole in legno: entro primavera 2016 saranno demoliti quattro vecchi istituti e saranno ricostruiti in legno. Saranno ecocompatibili, antisismiche, antincendio, sostenibili, rapide da costruire ed economiche. I tecnici comunali stimano che per fare una scuola in legno con 15 classi ci vogliono 8 mesi, anziché quasi 2 anni, facendola in modo tradizionale. A Firenze sono state montate palazzine, anch'esse di legno, da 3 piani con 18 alloggi temporanei smontabili. Qui le famiglie staranno fino a quando non saranno realizzati i nuovi alloggi ad energia quasi zero.   

 



Gli aerei voleranno con biocarburante

Addio petrolio, dalla patria dell’oro nero arriva il combustibile prodotto con le piante che crescono nel deserto e in acqua salata

La sostituzione degli attuali combustibili fossili con biocarburanti a basso costo ottenuti dalle piante è un’altra grande sfida del presente e del prossimo futuro. Il perché è semplice da spiegare: la sostituzione del petrolio con batterie elettriche sugli autoveicoli va bene per mezzi di piccola e media dimensione, mentre nell’attuale sistema di comunicazioni nazionali ed internazionali ci sono grandi mezzi di trasporto (aerei, navi, autobus, camion, ecc.) che è praticamente impossibile far funzionare con la trazione elettrica. 
Il peso e il costo delle batterie rendono automaticamente antieconomico il loro utilizzo per questi scopi. D'altro canto i cosiddetti biocombustibili rischiano di strappare importanti pezzi del pianeta per alimentare i motori anziché le persone. Infatti, i carburanti alternativi ai derivati del petrolio finora vengono ricavati dalla fermentazione degli zuccheri contenuti nei vegetali (soia, colza, sorgo zuccherino, canna da zucchero). 

ALTERNATIVA AL KEROSENE... NELLA PATRIA DEL PETROLIO
Ma anche su questo importantissimo tema, sempre grazie alla Natura, nelle settimane scorse è stato annunciato un grande salto di qualità che può consentire di superare sia il petrolio che l'uso di suolo agricolo per scopi non alimentari. La Boeing, il maggiore costruttore al mondo di aeroplani, ha annunciato di aver sviluppato un biocombustibile ottenuto da piante alofite; cioè da piante che crescono nei mari e su suoli salati ed aridi. Il progetto è in collaborazione con la compagnia aerea leader mondiale Etihad Airways (Emirati Arabi) e Honeywell UOPIl vantaggio economico ed ecologico di questo tipo di biocarburanti quindi è chiarissimo, perché non occuperanno nessuna terra arabile per coltivare cibo ed invece possono essere coltivate direttamente in acqua salata. 

IL PRIMO VOLO “BIO” 
A metà dello scorso gennaio è stato effettuato un primo volo di prova di 45 minuti. L’aereo, un 777-300ER, era alimentato da una miscela di combustibile vegetale e kerosene. L’esperimento non ha avuto alcun tipo di problema e ne è già in programma un altro con il solo biocombustibile ottenuto dalle piante alofite senza alcun derivato petrolifero. Così la patria del petrolio, gli Emirati Arabi, è leader nella ricerca per far crescere materie prime per il carburante sostenibile sui territori desertici e sull’acqua salmastra. Altra risorsa che hanno in abbondanza certi Paesi è il deserto. E con lungimiranza stanno dimostrando al mondo che anche dalla sabbia può arrivare frutto. «Questo progetto può avere un impatto globale, dal momento che il 97% dell’acqua sulla Terra è costituita dagli oceani e il 20% del suolo è costituito da deserti», afferma il dottor Rios direttore del Consorzio Sbrc che cura la ricerca. L'iniziativa può segnare una svolta mondiale nei trasporti, non solo in termini ambientali ma anche economici, visto che quello per il carburante è ormai uno dei costi principali per le compagnie aree.

CONCIMATE COI RIFIUTI MARINI
La ricerca qui descritto ha rilevato che tutte le piante a cespuglio possono essere trasformate in biocarburante in modo più efficace rispetto a molte altre materie prime. Gli scienziati coinvolti creeranno un ecosistema sperimentale piantando due coltivazioni di alofite nel terreno sabbioso di Abu Dhabi, alimentate dai rifiuti marini costituiti da pesci e gamberi. 
Crescendo le alofite a loro volta puliranno l’acqua che quindi scorrerà in una distesa di mangrovie prima di confluire nell’oceano. Entrambe le piante potranno essere trasformate in biocarburante per l’aviazione.        


 


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