Roma – Un team guidato da scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy ha identificato e dimostrato con successo un nuovo metodo per elaborare un materiale di origine vegetale chiamato nanocellulosa che ha ridotto il fabbisogno energetico di un incredibile 21%. L’approccio è stato scoperto utilizzando simulazioni molecolari eseguite sui supercomputer del laboratorio, seguite da test pilota e analisi.
Il metodo, sfruttando un solvente di idrossido di sodio e urea in acqua, può ridurre significativamente il costo di produzione della fibra nanocellulosica, un biomateriale resistente e leggero, ideale come composito per strutture di stampa 3D come alloggi sostenibili e assemblaggi di veicoli. I risultati supportano lo sviluppo di una bioeconomia circolare in cui materiali rinnovabili e biodegradabili sostituiscono le risorse basate sul petrolio, decarbonizzando l’economia e riducendo gli sprechi.
I colleghi dell’ORNL, dell’Università del Tennessee, Knoxville e del Process Development Center dell’Università del Maine hanno collaborato al progetto che mira a un metodo più efficiente per produrre un materiale altamente desiderabile. La nanocellulosa è una forma di cellulosa polimerica naturale presente nelle pareti cellulari delle piante che è fino a otto volte più resistente dell’acciaio.
Le simulazioni sviluppate dai ricercatori dell’UT-ORNL Center for Molecular Biophysics , o CMB, e della Chemical Sciences Division presso l’ORNL sono state eseguite sul sistema di elaborazione exascale Frontier, il supercomputer più veloce al mondo per la scienza aperta. Frontier fa parte dell’Oak Ridge Leadership Computing Facility , una struttura utente dell’Office of Science del DOE presso l’ORNL.
“Queste simulazioni, che esaminano ogni singolo atomo e le forze che intercorrono tra di essi, forniscono informazioni dettagliate non solo sul funzionamento di un processo, ma anche sul perché funziona esattamente”, ha affermato il responsabile del progetto Jeremy Smith, direttore del CMB e presidente del consiglio di amministrazione dell’UT-ORNL .
Una volta individuato il candidato migliore, gli scienziati hanno proseguito con esperimenti su scala pilota che hanno confermato che il pretrattamento con solvente ha portato a un risparmio energetico del 21% rispetto all’utilizzo della sola acqua, come descritto nei Proceedings of the National Academy of Sciences .
Con il solvente vincente, i ricercatori hanno stimato un potenziale di risparmio di elettricità di circa 777 kilowattora per tonnellata metrica di nanofibrille di cellulosa, o CNF, che è più o meno l’equivalente della quantità necessaria per alimentare una casa per un mese. I test sulle fibre risultanti presso il Center for Nanophase Materials Science , una struttura utente dell’Office of Science del DOE presso l’ORNL, e l’U-Maine hanno rilevato una resistenza meccanica simile e altre caratteristiche desiderabili rispetto alle CNF prodotte in modo convenzionale.(30Science.com)
