Materiali ignifughi a base di legno grazie agli enzimi del melone: la segatura diventa un materiale antincendio
Ciò che oggi finisce nel forno, domani potrebbe proteggere le case dagli incendi. I ricercatori del Politecnico di Zurigo e dell'Empa hanno trovato un modo per pressare la segatura con un legante minerale in un materiale robusto e ignifugo, che può anche essere riciclato.
La segatura viene prodotta con ogni tronco d'albero che viene segato. Ogni anno in tutto il mondo se ne producono milioni di tonnellate, la maggior parte delle quali viene incenerita. Nel processo, l'anidride carbonica immagazzinata nel legno viene rilasciata nell'atmosfera, cosa che sarebbe meglio evitare per motivi di protezione del clima. Un team di ricerca della cattedra di materiali a base di legno del Politecnico di Zurigo e dell'Empa ha ora sviluppato un processo che può essere utilizzato per trasformare la segatura in un composito ecologico e riciclabile. Ciò consente di mantenere la segatura nel ciclo dei materiali più a lungo. I ricercatori utilizzano il minerale struvite, un fosfato di ammonio e magnesio cristallino e incolore.
Era già noto che la struvite ha proprietà interessanti per la protezione antincendio. Tuttavia, era difficile combinare il minerale con particelle di segatura a causa del suo comportamento di cristallizzazione. I ricercatori stanno ora utilizzando un enzima ottenuto dai semi di anguria per controllare la cristallizzazione della struvite in una sospensione acquosa con segatura. Questo produce grandi cristalli che riempiono le cavità tra le particelle di segatura e legano saldamente le particelle tra loro. Il materiale, che viene pressato per due giorni, viene poi rimosso dallo stampo ed essiccato a temperatura ambiente.
Elementi in legno che si proteggono da soli
«Il materiale è più resistente alla pressione rispetto al legno di abete rosso originale perpendicolarmente alla direzione delle fibre del legno», spiega Ronny Kürsteiner, che ha sviluppato il processo nell'ambito della sua tesi di dottorato sotto la supervisione di Ingo Bungert, professore di materiali a base di legno. Grazie alle sue proprietà meccaniche e all'elevata resistenza al fuoco, è particolarmente adatto per gli arredi interni. La struvite, infatti, non solo è incombustibile, ma contribuisce attivamente ad aumentare la resistenza al fuoco. Il minerale si decompone sotto il calore, rilasciando vapore acqueo e ammoniaca. Questo processo assorbe il calore dall'ambiente e ha quindi un effetto di raffreddamento. Inoltre, i gas non infiammabili rilasciati spostano l'aria, che manca al fuoco per diffondersi ulteriormente, in modo che il materiale si carbonizzi più rapidamente.
Il team ha collaborato con i ricercatori del Politecnico di Torino, che hanno testato il materiale in un cosiddetto calorimetro a cono. Si tratta di un metodo di prova standardizzato che simula il comportamento del materiale quando viene esposto al calore esterno. Mentre il legno di abete rosso non trattato prende fuoco dopo circa 15 secondi, il composito di struvite e segatura impiega più del triplo del tempo. Una volta che ha preso fuoco, si forma rapidamente uno strato protettivo di materiale inorganico e carbonio, che protegge il materiale dall'ulteriore propagazione del fuoco. «I pannelli di struvite e segatura si proteggono da soli, per così dire», spiega Kürsteiner.
Le prime stime hanno dimostrato che il materiale potrebbe raggiungere la stessa classe di protezione antincendio dei pannelli truciolari convenzionali legati al cemento. Tuttavia, questo dato deve ancora essere confermato con esperimenti di ritardabilità di fiamma più ampi. Tali pannelli truciolari sono oggi ampiamente utilizzati nell'edilizia interna per applicazioni di protezione dalle fiamme. Sono costituiti per il 60-70% in peso da cemento, sono di conseguenza pesanti e hanno una scarsa impronta di carbonio a causa dell'elevato consumo di energia nella produzione di cemento. I pannelli di segatura di Struvite, invece, sono composti solo dal 40% di legante e sono quindi molto più leggeri.
Processo di riciclaggio semplice
L'innovativo composito presenta un altro vantaggio decisivo rispetto ad altri materiali da costruzione compositi: i pannelli truciolari legati al cemento finiscono solitamente in una discarica di rifiuti pericolosi dopo la demolizione. I pannelli di segatura di struvite, invece, possono essere scomposti nei loro singoli componenti. A tal fine, il materiale viene frantumato meccanicamente in un mulino e riscaldato a poco più di 100 gradi Celsius, rilasciando l'ammoniaca e permettendo alla segatura di essere setacciata. Il minerale di partenza della struvite, noto come newberyite, viene quindi precipitato nuovamente come solido.
La newberyite può poi essere rilavorata con la segatura per produrre compositi. Ciò significa che il nuovo materiale potrebbe un giorno dare un importante contributo all'economia circolare. Può anche essere utilizzata come fertilizzante naturale. È interessante per l'agricoltura perché rilascia lentamente e in modo controllato il fosforo legato di cui le piante hanno bisogno per crescere.
Nella fase successiva, i ricercatori intendono ottimizzare ulteriormente e scalare il processo di produzione. La possibilità che il materiale si affermi nell'industria delle costruzioni dipende principalmente dal costo del legante, afferma Kürsteiner. Rispetto ai leganti polimerici o al cemento, la struvite è relativamente costosa. Tuttavia, la situazione potrebbe cambiare attingendo a un altro ciclo: la struvite si accumula in grandi quantità negli impianti di trattamento delle acque reflue e intasa le tubature. «Potremmo utilizzare questi depositi come materiale di base per i nostri materiali da costruzione», afferma Kürsteiner.
Fonte: Empa
