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La dottoressa Notburga Gierlinger, ricercatrice austriaca specializzata nello studio della struttura e della composizione dei materiali vegetali, è particolarmente affascinata dalle noci. Di fronte a un pistacchio o a una noce, li apre con cautela, incuriosita da come la natura abbia potuto creare materiali così resistenti.

Una delle principali aree di ricerca di Gierlinger, professoressa associata di scienza dei materiali presso la BOKU University of Natural Resources and Life Sciences di Vienna, comprende l'utilizzo di una tecnica chiamata spettroscopia Raman (Raman imaging) per studiare la distribuzione di lignina, cellulosa e altre biomolecole nelle pareti cellulari delle piante. L'obiettivo è comprendere le loro proprietà meccaniche e le loro funzioni.

Ulteriori indagini nel corso di un progetto di ricerca quinquennale finanziato dall'UE, denominato SCATAPNUT, hanno portato Gierlinger e il suo team a scoprire che i gusci delle nocciole, come quelli dei pistacchi e delle noci, contengono “3D puzzle cells”, ovvero cellule con strutture uniche a incastro che assomigliano a pezzi di un puzzle. Ciò contribuisce alla loro insolita forza e resistenza. Ispirata dalle proprie scoperte, Gierlinger è ora alla guida di ulteriori ricerche finanziate dall'UE nell'ambito di un progetto chiamato PUZZLE MATERIALS, che studia come ricavare dai gusci di pistacchio e di noce materiali funzionali per applicazioni industriali.

La presenza di cellule puzzle fa sì che i gusci delle noci offrano proprietà diverse rispetto alle fibre comunemente presenti in piante come la canapa e il legno. Gierlinger e il suo team stanno attualmente esplorando quali tipi di nuovi materiali potrebbero essere creati utilizzando i gusci di noce, nonché i modi migliori per utilizzarli. Le caratteristiche specifiche delle cellule puzzle le rendono particolarmente interessanti per la trasformazione in bioplastica biodegradabile.

La sostenibilità della frutta a guscio

Nel 2020, l'UE ha adottato un nuovo piano d'azione per l'economia circolare nell'ambito del Green Deal europeo. Questo prevede il sostegno alla progettazione di nuovi materiali che riducano i rifiuti e la pressione sull'ambiente. La proposta di Gierlinger prevede l'utilizzo di un materiale attualmente di scarto, i gusci di noce, per creare nuovi materiali che potrebbero sostituire la plastica, offrendo così un doppio vantaggio ambientale.

Poiché nel 2022 i cittadini europei hanno prodotto in media circa 186,5 kg di rifiuti di imballaggio, oggi più che mai sono necessari materiali riutilizzabili e compostabili. Gierlinger spera che un materiale prodotto dai gusci di noce possa essere una delle tante soluzioni che contribuiscono alla riduzione dei rifiuti di plastica in Europa e nel mondo. “Penso che gli alberi di noce potrebbero diventare più importanti in futuro, perché sono alberi robusti e resistenti, con un buon legno e frutti sani”, ha detto. “Cerchiamo sempre di pensare a quali prodotti potrebbero diventare più importanti in una società sostenibile.” La sua proposta si inserisce anche nel quadro volontario europeo “safe and sustainable by design”, sviluppato per guidare il processo di innovazione di prodotti chimici e materiali più sicuri e sostenibili.

Un processo sostenibile

Gierlinger e il suo team di ricerca stanno studiando modi efficienti e rispettosi dell'ambiente per trattare i gusci di scarto. Il primo passo consiste nello sciogliere i gusci di noce in un solvente per separare le cellule e rigenerare la lignina. Alla massa risultante viene aggiunta anche cellulosa proveniente da scarti di lavorazione del kombucha o da bioreattori, in volumi diversi, a seconda della flessibilità desiderata del prodotto finale.

I ricercatori stanno valutando diverse opzioni di materiali da ricavare dalle noci, tra cui un prodotto simile alla pelle e uno più simile alla plastica. L'obiettivo è produrre materiali a base di noce sostenibili, efficienti dal punto di vista energetico, delle risorse e biodegradabili, con una bassa impronta di carbonio e ambientale, progettati specificamente per i settori dell'imballaggio e del tessile.

Paraskevi Charalambous, scienziata biochimica e dei materiali presso la BOKU, fa parte del team di ricerca che lavora a questo processo. Uno dei suoi contributi più significativi è la ricerca sui solventi con un punto di fusione molto basso. L'obiettivo è trovare un solvente che possa essere riciclato. “Non è stato facile riportare la sostanza chimica che usiamo nella sua forma incontaminata”, ammette Charalambous.

Dall'inizio del progetto, nel 2023, sono stati fatti notevoli progressi e i ricercatori sono riusciti a produrre diversi campioni, tra cui un campione di portafoglio in pelle di noce. Il grande vantaggio del materiale, che sia pelle o plastica, è che è riciclabile e compostabile. In genere, i materiali compositi sono difficili da riciclare perché vengono aggiunte altre sostanze chimiche per regolare la funzione dei materiali. 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 e il riciclaggio. Dopo aver deciso la strada migliore da seguire, l'obiettivo sarà quello di mettere in produzione questi nuovi materiali a base di nocciole. “Il prossimo passo sarà cercare di trovare aziende interessate”, ha detto Gierlinger.

La ricerca di questo articolo è stata finanziata dal Consiglio europeo della ricerca (CER). Le opinioni degli intervistati non riflettono necessariamente quelle della Commissione europea.

Questo articolo è stato pubblicato originariamente su Horizon, la rivista dell'UE sulla ricerca e l'innovazione.

Immagine: Envato