Il materiale idrogel stampato in 3D potrebbe un giorno essere utilizzato per costruire case

Gli scienziati hanno testato con successo un biomateriale a base di nanocellulosa per un'ingegneria più verde.

I ricercatori della Chalmers University of Technology e del Wallenberg Wood Science Center in Svezia hanno stampato in 3D un idrogel realizzato con nanocellulosa, un materiale derivato dalle fibre di cellulosa presenti nelle piante.

La tecnologia di stampa 3D nanocellulosica è stata utilizzata su scala molto più piccola, principalmente in biomedicina a causa della biocompatibilità del materiale e della resistenza all’umidità. Ma secondo il gruppo di ricerca non è mai stato utilizzato prima come materiale architettonico.

“È il primo tentativo di stampa 3D su scala più ampia e per applicazioni architettoniche. I materiali sono stati stampati in 3D in precedenza come oggetti molto piccoli, nell'ambito della ricerca nel settore biomedico. “È la prima volta che lo applichiamo all'architettura.”

Secondo il ricercatore, la nanocellulosa forma un materiale estremamente leggero quando viene stampata in 3D e poi essiccata. Ciò significa che tutti i tipi di materiali di riempimento leggeri che vediamo oggi negli edifici, come schermi per finestre, tende solari, sistemi di pannelli acustici e parti di divisori, possono essere sostituiti.

“Esiste una vasta gamma di potenziali applicazioni”, ha affermato Zboinska.

Il team ha iniziato con prototipi piccoli come una scatola di fiammiferi e li ha ampliati fino alle dimensioni attuali del foglio A4. Può già essere applicato come sistema di piastrellatura per componenti più piccoli negli edifici.

“Quindi puoi mettere insieme più pezzi, ad esempio, da utilizzare come rivestimento delle pareti o al posto della carta da parati o di altri materiali sugli edifici. Ma ovviamente c'è la possibilità di ampliare ulteriormente il lavoro per avere pezzi più grandi che possano coprire intere pareti .”

Per produrre un materiale stampabile in 3D, il team di ricerca ha aggiunto un materiale a base di alghe chiamato alginato, che rende il materiale di nanocellulosa più flessibile una volta essiccato.

Lavorare con l'idrogel richiede un'attenta calibrazione, poiché presenta pro e contro.

“L’idrogel ha la proprietà di non scorrere quando viene stampato in 3D, quindi non sanguina e rimane nella forma esattamente come lo vogliamo”, ha detto Zboinska.

“D'altra parte, poiché è un idrogel, contiene molta acqua. Quindi ci sono difficoltà con l'essiccazione del materiale poiché abbiamo a che fare con il restringimento e alcune deformazioni all'interno del materiale. Ma questo può anche essere mitigato se progettiamo il 3D stampando i percorsi in modo corretto.”

I materiali da costruzione più ecologici sono essenziali per una transizione sostenibile

Secondo un rapporto dell’UE, il settore edile è responsabile di oltre il 35% della produzione totale di rifiuti nell’Unione Europea Commissione europea Gli esperti affermano che i materiali da costruzione rispettosi dell’ambiente sono necessari per la transizione verso un futuro sostenibile e compatibile con l’ambiente Green Deal europeo.

Il gruppo di ricerca afferma che la nanocellulosa utilizzata in questo studio può essere facilmente trovata nelle foreste, nelle cartiere e nell'agricoltura, come i residui di paglia.

“Invece di trasformare questi prodotti in rifiuti, cerchiamo di utilizzare i materiali per crearne di nuovi. Contengono solo fibre di cellulosa molto piccole mescolate con acqua”, ha detto Zboinska.

Questa tecnologia è anche altamente efficiente dal punto di vista energetico grazie alle proprietà di assottigliamento del taglio dell’idrogel di nanocellulosa.

Ciò significa che l’idrogel di nanocellulosa si liquefa quando viene pressato, consentendone la stampa in 3D, ma quando la pressione viene rimossa mantiene la sua forma.

“In realtà non utilizziamo calore. Stampiamo in 3D a temperatura ambiente, il che è molto importante se stiamo pensando a come produrre il materiale. Anche il metodo di produzione è sostenibile”, ha affermato Zboinska.

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La tecnologia non è ancora pronta per la costruzione all’aperto e il gruppo di ricerca continuerà a concentrarsi sulle applicazioni interne.

Il team spera che tale ricerca fornisca conoscenze essenziali a progettisti e ingegneri affinché “i nostri edifici diventino più sostenibili e verdi” in futuro.

“Il piano è quello di continuare a lavorare con la scalabilità dei materiali e forse anche di preparare un prototipo su larga scala… e speriamo di avere la più ampia gamma possibile di applicazioni”, ha affermato Zboinska.

Per ulteriori informazioni su questa storia, guarda il video nel lettore multimediale qui sopra.

montatore video • Roslyn Maine