Dal legno ai nanomateriali: un brevetto per sfruttare gli scarti di lignina

La lignina è un componente dei residui agricoli e costituisce il rifiuto della lavorazione di carta e biocarburanti. Finora smaltita o impiegata in applicazioni di scarso valore, potrà trovare nuovo utilizzo su scala industriale grazie al metodo di raffinazione brevettato a Ca’ Foscari, da cui si potranno produrre materiali innovativi in un’ottica di economia circolare.

In un’Europa che punta alla neutralità climatica entro il 2050, la valorizzazione dei rifiuti è una necessità sempre più stringente. Una sfida che apre nuove frontiere nelle scienze dei materiali e che si fa opportunità per le imprese. Benché la lignina costituisca il 30% dei materiali lignocellulosici e il residuo della produzione di biocombustibili (mezzo kg di lignina per ogni litro di biocarburante!) e agroindustriale (carta, ma anche marmellate, pomodori, birre, … leggi l’articolo su Cafoscarinews), è rimasta finora uno scarto. Il gruppo di ricerca cafoscarino guidato da Claudia Crestini ha scoperto, e brevettato, un metodo industrializzabile che può trasformare la lignina in una commodity alla base di materiali ad alto valore aggiunto.

“Cerchiamo di sviluppare processi sostenibili di produzione da biomasse naturali” spiega la professoressa Crestini, giunta nel 2019 a Ca’ Foscari con il gruppo di ricerca “PPM - Natural Polyphenols Chemistry & Material Science Laboratory”. La lignina è al centro delle sue ricerche dai primi anni Novanta, quando le parole “economia circolare” non erano ancora di moda. Nell’ultimo anno è cresciuto esponenzialmente all’estero l’interesse per questo polimero naturale dalle grandi potenzialità, grazie allo sviluppo di nuove tecniche di frazionamento e raffinazione, disponibili però ad ora solo su scala di laboratorio. Il gruppo di ricerca della prof.ssa Crestini fu tra i primi a sviluppare in laboratorio un processo di separazione in frazioni della lignina (in analogia con i processi di raffinazione petrolifera) e ha ora finalizzato un metodo applicabile anche negli impianti industriali, siano essi i produttori dello scarto (come le cartiere) o nuove aziende specializzate nell’estrazione.

Questo processo si chiama frazionamento a ciclo continuo: consiste nel raffinare (estrarre) i residui ligninici ottenendo delle frazioni con caratteristiche definite a priori e riproducibili (un intervallo simile di peso molecolare e le stesse caratteristiche chimico-fisiche), il tutto a prescindere dal materiale di origine e utilizzando solventi “green” e riciclabili. Il sistema è estremamente flessibile e può essere modulato a seconda del tipo di prodotto che si vuole ottenere. 

“L’ottenimento di un materiale raffinato di alta qualità con caratteristiche strutturali definite, modulabili e costanti a livello industriale” spiega Crestini “apre la strada per il suo utilizzo nello sviluppo di un’infinità di materiali, come materiali plastici e compositi per prodotti di largo consumo (cosmesi, pulizia della casa), nanoparticelle per il rilascio controllato di principi attivi in applicazioni cosmetiche, farmaceutiche o agricole, nanofibre incolori (benché le lignine siano di partenza quasi nere), o rinforzanti in nanocompositi (resine con proprietà antimicrobiche e di schermo solare, nanofibre al carbonio,…).” 

“È una sfida ambientale che può rivelarsi molto vantaggiosa anche a livello economico, una volta creato un mercato di destinazione. Per questo il nostro gruppo di ricerca sta lavorando anche a quei nuovi materiali in cui sfruttare questa frazione ligninica di alta qualità, valorizzando quindi tutto il ciclo di utilizzo, riciclo e biodegradazione del legno e dei materiali lignocellulosici.” Potrebbe aprirsi inoltre un nuovo mercato intermedio, quello della filiera di raffinazione della lignina. Molte le aziende che ne beneficerebbero: dalle grandi multinazionali cartiere del nord Europa, alle medio-piccole imprese locali agroalimentari.

Crestini e il suo gruppo, composto ora dai dott. Matteo Gigli, Simone Cailotto e Nicolò Pajer in stretta collaborazione con il dott. Lange dell’Università di Napoli Federico II e il prof. D. S. Argyropoulos della North Carolina State University (USA), hanno inoltre sviluppato tecniche innovative di analisi e caratterizzazione della lignina recentemente pubblicate su Nature Protocols e stanno ora partecipando a call europee che permettano loro l’applicazione del metodo brevettato.

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