BioPykrete, il materiale di ghiaccio 10 volte più resistente
Il composito è stato sviluppato da un gruppo di ricercatori dell’Università Ebraica di Gerusalemme. Unisce ghiaccio, nanocristalli di cellulosa e una proteina progettata per rinforzarlo.
Un materiale composto soprattutto da ghiaccio e cellulosa vegetale potrebbe offrire, in futuro, una soluzione per costruire in luoghi dove è difficile trasportare cemento e acciaio. L’idea riprende un progetto della Seconda guerra mondiale: la Royal Navy britannica aveva studiato una portaerei fatta di ghiaccio rinforzato con pasta di legno. Quel materiale, chiamato Pykrete, era resistente quanto il calcestruzzo, ma solo finché restava congelato. Il progetto fu poi abbandonato, anche a causa dei costi crescenti e della disponibilità di alternative migliori.
Dal Pykrete al BioPykrete
Ora un gruppo di ricercatori guidato dall’Università Ebraica di Gerusalemme, in Israele, ha rielaborato quell’intuizione creando il BioPykrete. Aggiungendo al ghiaccio cristalli di origine vegetale e una proteina progettata appositamente, ha ottenuto un materiale dieci volte più resistente del ghiaccio comune, capace di assorbire 70 volte più energia prima di rompersi. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista *Colloids and Surfaces B: Biointerfaces*. Il gruppo spera che il materiale possa un giorno essere impiegato nell’edilizia.
Chen Adar
«Volevamo andare oltre il semplice mescolare fibre al ghiaccio e controllare invece il modo in cui i diversi materiali si legano a livello molecolare», spiega il biochimico Ido Braslavsky dell’Università Ebraica di Gerusalemme. «Il risultato modifica non solo la resistenza del ghiaccio, ma anche il modo in cui si rompe. Invece di frantumarsi all’improvviso, può assorbire molta più energia e deformarsi gradualmente».
Possibili applicazioni nell’edilizia
L’obiettivo non è costruire portaerei, ma sviluppare un materiale adatto a progetti edilizi in aree remote e fredde, come l’Artico e l’Antartide, dove è complicato ricorrere ai metodi di costruzione convenzionali. Poiché non richiede cemento né acciaio e si basa soprattutto su ghiaccio e cellulosa vegetale, il BioPykrete potrebbe avere un’impronta di carbonio ridotta ed essere biodegradabile.
«Sebbene il settore delle costruzioni sia un pilastro dell’economia globale, resta uno dei principali responsabili dell’inquinamento ambientale, con notevoli emissioni di carbonio e un enorme consumo di risorse», scrivono i ricercatori nel loro articolo. «La biotecnologia offre una strada innovativa per ridurre questo impatto, attraverso lo sviluppo di nuovi biomateriali sostenibili».
Yulia Baron e la dott.ssa Liat Bahari
Come è composto il materiale
Al posto delle fibre più grandi e irregolari della pasta di legno, gli scienziati hanno utilizzato nanocristalli di cellulosa. La cellulosa è il principale materiale strutturale delle piante e, ridotta a cristalli nanometrici, può rinforzare altri materiali: nel ghiaccio aiuta a impedire che le crepe si propaghino facilmente.
A tenere insieme i nanocristalli e il ghiaccio è la proteina CBM3a-AFPIII, una combinazione di una proteina antigelo, o AFP, e di un modulo legante i carboidrati, o CBM. La proteina funziona come una colla tra i due componenti.
Limiti e prossimi studi
Per arrivare a un possibile impiego pratico serviranno però ulteriori studi. La ricerca attuale è una prova di fattibilità su piccola scala e non chiarisce ancora quanto il BioPykrete sia resistente nel lungo periodo o in condizioni variabili.
I ricercatori ritengono che modificando gli ingredienti e i metodi si possa rendere il materiale ancora più resistente. «Ottimizzare la cinetica di solidificazione e i protocolli di congelamento, oltre a sviluppare diverse varianti di AFP-CBM, potrebbe consentire di ottenere compositi ancora più resistenti», scrivono.
Oltre a testare la durabilità del BioPykrete, il gruppo vuole studiare più da vicino come si propagano le crepe, per verificare che i meccanismi di rinforzo ipotizzati siano effettivamente alla base delle prestazioni del materiale. In prospettiva, l’approccio potrebbe trovare applicazioni anche negli imballaggi e in altri settori: una proteina progettata su misura consente infatti di unire due componenti insoliti, ghiaccio e cellulosa.
«Colmando il divario tra la progettazione di proteine ricombinanti e l’ingegneria strutturale, abbiamo sviluppato un materiale ad alte prestazioni, progettato appositamente per resistere alle condizioni estreme degli ambienti più ostili del pianeta», scrivono i ricercatori.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista *Colloids and Surfaces B: Biointerfaces*.
