Caldarroste, riciclo delle noci: trasformare le prelibatezze delle feste in nuovi materiali sostenibili / Roasting chestnuts, recycling walnuts: turning festive treats into sustainable new materials
Caldarroste, riciclo delle noci: trasformare le prelibatezze delle feste in nuovi materiali sostenibili / Roasting chestnuts, recycling walnuts: turning festive treats into sustainable new materials
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I gusci di noci contengono cellule con strutture interconnesse uniche che li rendono interessanti per la trasformazione in materiali resistenti e biodegradabili.
La dottoressa Notburga Gierlinger, ricercatrice austriaca specializzata nello studio della struttura e della composizione delle sostanze vegetali, è particolarmente affascinata dalla frutta secca.
Quando si trovava di fronte ad un pistacchio od ad una noce, li apriva con cautela, incuriosita da come la natura potesse evocare materiali così resistenti.
"I gusci sono così duri che ho sempre paura di usare i denti per paura di danneggiarli", ha affermato Gierlinger, professore associato di scienza dei materiali presso la BOKU University of Natural Resources and Life Sciences di Vienna, in Austria.
Parte del puzzle
Una delle principali aree di ricerca di Gierlinger include l'uso di una tecnica chiamata imaging Raman per studiare la distribuzione di lignina, cellulosa ed altre biomolecole nelle pareti cellulari delle piante. L'obiettivo è comprendere le loro proprietà meccaniche e funzioni.
Ulteriori indagini durante un progetto di ricerca quinquennale sostenuto dall'UE chiamato SCATAPNUT hanno portato Gierlinger ed il suo gruppo a scoprire che i gusci di noci come pistacchi e noci contengono cellule puzzle 3D, cellule che hanno strutture interconnesse uniche che ricordano i pezzi di un puzzle. Ciò contribuisce alla loro insolita resistenza e durata.
Incuriosita dalle sue scoperte, Gierlinger sta ora guidando un'ulteriore ricerca finanziata dall'UE in un progetto chiamato PUZZLE MATERIALS, che sta studiando come realizzare materiali funzionali per applicazioni industriali a partire da gusci di pistacchi e noci.
La presenza delle cellule puzzle significa che i gusci di noce offrono proprietà diverse rispetto alle fibre comunemente presenti in piante come la canapa ed il legno. Gierlinger ed il suo gruppo stanno attualmente esplorando quali tipi di nuovi materiali potrebbero essere creati utilizzando i gusci di noce, nonché i modi migliori in cui potrebbero essere utilizzati.
Le caratteristiche specifiche delle cellule puzzle le rendono particolarmente interessanti per la trasformazione in bioplastica biodegradabile.
Impazzire per la sostenibilità
Nel 2020, l'UE ha adottato un nuovo piano d'azione per l'economia circolare come parte del Green Deal europeo. Ciò include il supporto alla progettazione di nuovi materiali che riducono gli sprechi e la pressione sull'ambiente.
La proposta di Gierlinger prevede l'utilizzo di un materiale di scarto attuale, i gusci di noci, per creare nuovi materiali che potrebbero potenzialmente sostituire la plastica, offrendo così un doppio vantaggio ambientale.
Penso che in futuro gli alberi di noce potrebbero acquisire maggiore importanza.
Notburga Gierlinger, MATERIALI PER PUZZLE
Con un europeo medio che genera circa 186,5 kg di rifiuti di imballaggio nel 2022, materiali riutilizzabili e compostabili sono necessari ora più che mai. Gierlinger spera che un materiale prodotto da gusci di noci possa essere una delle tante soluzioni che contribuiscono alla riduzione dei rifiuti di plastica in Europa e nel mondo.
"Penso che i noci potrebbero diventare più importanti in futuro perché sono alberi duri e resilienti con un buon legno e noci sane", ha detto. "Cerchiamo sempre di pensare a quali prodotti potrebbero diventare più importanti in una società sostenibile".
La sua proposta si adatta bene anche al quadro volontario europeo "sicuro e sostenibile fin dalla progettazione", sviluppato per orientare il processo di innovazione per prodotti chimici e materiali più sicuri e sostenibili.
Un processo sostenibile
Gierlinger ed il suo gruppo di ricerca stanno cercando modi per elaborare i gusci scartati che siano sia efficienti che rispettosi dell'ambiente. Il primo passo è sciogliere i gusci di noce in un solvente per separare le cellule e rigenerare la lignina.
La cellulosa ricavata dagli scarti di lavorazione del kombucha o dai bioreattori viene aggiunta alla massa risultante in volumi diversi, a seconda della flessibilità desiderata del prodotto finale. I ricercatori stanno esaminando diverse opzioni di materiali per noci, tra cui un prodotto che assomiglia alla pelle ed uno che è più simile alla plastica.
L'obiettivo è produrre materiali di noci sostenibili, efficienti dal punto di vista energetico, delle risorse e biodegradabili, con un basso impatto ambientale e di carbonio, specificamente progettati per i settori dell'imballaggio e del tessile.
Paraskevi Charalambous, scienziata biochimica e dei materiali presso BOKU, fa parte del gruppo di ricerca che lavora su questo processo. Uno dei suoi contributi più notevoli include la ricerca sui solventi con un punto di fusione molto basso.
L'intenzione è quella di trovare un solvente che possa essere riciclato, un'impresa che, come ammette Charalambous, è stata impegnativa.
"Non è stato facile riportare la sostanza chimica che utilizziamo nella sua forma originaria", ha affermato.
Sono stati compiuti notevoli progressi dall'inizio del progetto nel 2023 ed i ricercatori sono riusciti a produrre diversi campioni, tra cui un campione di un portafoglio in pelle di noce.
Il grande vantaggio del materiale, che finisca per essere pelle o plastica, è che è riciclabile e compostabile. In genere, i materiali compositi, ovvero una combinazione di due materiali con proprietà diverse, sono difficili da riciclare perché vengono aggiunte altre sostanze chimiche per adattare la funzione del materiale.
Il processo utilizzato in questo caso non lo fa, quindi il prodotto può essere nuovamente sciolto e riutilizzato. Gierlinger ha anche detto che è possibile compostare il materiale se necessario, anche se promuove prima il riutilizzo ed il riciclaggio.
Dopo aver deciso il percorso migliore da seguire, l'obiettivo sarà quindi quello di mettere in produzione questi nuovi materiali nocivi. "Il passo successivo sarà cercare di trovare alcune aziende interessate", ha affermato Gierlinger.
ENGLISH
EU-funded researchers are exploring how to make strong and sustainable new materials from hard-to-crack nutshells.
Nut shells contain cells with unique interlocking structures that make them interesting for transformation into strong, biodegradable materials.
Dr Notburga Gierlinger, an Austrian researcher specialising in the study of the structure and composition of plant materials, is particularly fascinated by nuts.
Confronted with a pistachio or walnut, she would open it with caution, intrigued by how nature could conjure up such strong materials.
“The shells are so hard I am always afraid of using my teeth in case I damage them,” said Gierlinger, an associate professor of materials science at the BOKU University of Natural Resources and Life Sciences in Vienna, Austria.
Part of the puzzle
One of Gierlinger’s main areas of research includes using a technique called Raman imaging to study the distribution of lignin, cellulose and other biomolecules in plant cell walls. The aim is to understand their mechanical properties and functions.
Further investigation during a five-year EU-backed research project called SCATAPNUT, led Gierlinger and her team to discover that nut shells like pistachio and walnut contain 3D puzzle cells – cells that have unique interlocking structures resembling pieces of a jigsaw puzzle. This contributes to their unusual strength and durability.
Intrigued by her findings, Gierlinger is now leading further EU-funded research in a project called PUZZLE MATERIALS, which is investigating how to make functional materials for industrial applications from pistachio and walnut shells.
The presence of the puzzle cells means the nut shells offer different properties than the fibres commonly found in plants like hemp and wood. Gierlinger and her team are currently exploring what types of new materials could be created using nut shells, as well as the best ways that they could be used.
The specific characteristics of puzzle cells make them particularly interesting for transformation into biodegradable bioplastic.
Going nuts for sustainability
In 2020, the EU adopted a new circular economy action plan as part of the European Green Deal. This includes support for the design of new materials that reduce waste and pressure on the environment.
Gierlinger’s proposal would see the use of a current waste material – nut shells – to create new materials that could potentially replace plastics, thus offering a double environmental benefit.
I think walnut trees might become more important in the future.
Notburga Gierlinger, PUZZLE MATERIALS
With the average European generating around 186.5 kg of packaging waste in 2022, reusable and compostable materials are needed now more than ever. Gierlinger hopes that a material produced from nut shells could be one of many solutions contributing to the reduction of plastic waste in Europe and globally.
“I think walnut trees might become more important in the future because they are tough, resilient trees with good wood and healthy nuts,” she said. “We are always trying to think which products might become more important in a sustainable society.”
Her proposal also fits well with Europe’s “safe and sustainable by design” voluntary framework, developed to guide the innovation process for safer and more sustainable chemicals and materials.
A sustainable process
Gierlinger and her research team are looking at ways to process discarded shells that are both efficient and environmentally friendly. The first step is to dissolve walnut shells in a solvent to separate the cells and regenerate lignin.
Cellulose from kombucha processing waste or bioreactors is also added to the resulting mass in different volumes, depending on the desired flexibility of the final product. The researchers are looking at different nut material options, including a product resembling leather and one which is more like plastic.
The aim is to produce sustainable, energy-efficient, resource-efficient and biodegradable nut materials with a low carbon and environmental footprint, specifically designed for the packaging and textile sectors.
Paraskevi Charalambous, a biochemical and materials scientist at BOKU, is part of the research team working on this process. One of her notable contributions includes research on solvents with a very low melting point.
The intention is to find a solvent that itself can be recycled, something that Charalambous admits has been challenging.
“It hasn’t been easy to get the chemical we use back in its pristine form,” she said.
Significant progress has been made since the project started in 2023 and the researchers have been able to produce several samples, including a sample of a nut-leather wallet.
The great advantage of the material, whether it ends up being leather or plastic, is that it is recyclable and compostable. Typically, composite materials – a combination of two materials with different properties – are difficult to recycle because other chemicals are added to adjust the function of the material.
The process used in this case does not do this, so the product can be dissolved again and reused. Gierlinger also said it is possible to compost the material if need be, though she promotes reuse and recycling first.
After deciding on the best path forward, the goal will then be to get these new nutty materials into production. “The next step would be trying to find some companies which are interested,” said Gierlinger.
Da:
https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/roasting-chestnuts-recycling-walnuts-turning-festive-treats-sustainable-new-materials?pk_source=newsletter&pk_medium=email&pk_campaign=31122024&pk_content=frontier-research-environment-agriculture
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