Scarti industriali: ci pensa la ricerca a valorizzarli

Negli ultimi anni le ricerche del professor Carlo Santulli, Professore associato presso la scuola di Scienze e Tecnologie (SST) dell’Università di Camerino, si sono spinte sempre più nella direzione di ricercare materiali compositi ottenuti da scarti produttivi e non solo, l’obiettivo: valorizzare gli scarti e rimetterli in circolo sotto forma di nuovi materiali, secondo il concetto di Economia circolare.

Abbiamo approfondito la tematica durante l’intervista in seguito alla pubblicazione della ricerca condotta con Danilo Battistelli “Production and Tensile Characterization of Thermoplastic Starch Films Filled with Iron Scrap Powder Waste and Molded on Different Support Materials” sulla rivista Journal of Materials Science Research and Reviews.

Qual è l’ambito specifico delle sue ricerche?


Più di recente l’ambito della mia ricerca riguarda in particolare l’inclusione di scarti all’interno di materiali biodegradabili.
Tipicamente sono scarti agroalimentari e si ottengono dei compositi con caratteristiche mediate tra quelle della matrice polimerica, che può essere d’origine industriale, come l’acido polilattico (PLA) od autoprodotta da amido o proteine. In quest’ultimo caso si parla anche di amidi termoplastici (TPS).
A proposito di proteine, stiamo riprendendo anche un materiale della tradizione, una cosiddetta protoplastica, la galalite da caseina, in modo da renderla sostenibile, quindi evitando l’uso della formaldeide.

L’idea generale è inserire la maggior quantità di scarti possibile assicurando la consistenza del materiale. Lo stato attuale della ricerca è abbastanza incerto, nel senso che siamo in grado di ottenere materiali strutturali che includano gli scarti soltanto in un numero limitato di casi, che si rivelano pubblicabili. Questo perché ci sono molti fattori che influenzano i risultati, dal controllo dimensionale durante lo stampaggio alle caratteristiche idrofile e di degradazione nel tempo del materiale fino alla compatibilità dello scarto con la matrice.


Production and Tensile Characterization of Thermoplastic Starch Films Filled with Iron Scrap Powder Waste

Quali prove eseguite?

Dopo una fase iniziale di validazione attraverso misurazioni dimensionali e di durezza, le tipiche prove che sono eseguite sono quelle solite per i compositi, cioè impatto Charpy o Izod su provini senza intaglio, e trazione o flessione su barrette, anche con l’introduzione di difetti artificiali. Questo si accompagna con la caratterizzazione fisico-chimica per misurare il modo di degradazione termica e d’invecchiamento e per verificare che non ci sia sviluppo di sostanze nocive dagli scarti e con la microscopia elettronica per studiare la morfologia e le superfici di frattura.

Come spiegherebbe i test a un non “addetto ai lavori”?

Si parte dal confronto col materiale
tal quale, senza scarti al suo interno. E si vede quale quantità di scarti è ragionevole introdurre senza ridurne le proprietà complessive. Si cerca di puntare ad utilizzare la maggior quantità possibile di scarti. Ci sono molti fattori che influenzano questa possibilità, tra cui sono molto importanti il grado di trattamento (meccanico ed eventualmente chimico) degli scarti, ed il processo di produzione impiegato. Entrambi questi aspetti devono essere “tarati” sull’idea di essere sostenibili, quindi a parità di risultati devono consumare la minor quantità di energia, di materiali, di prodotti chimici e di acqua possibile.

Perché utilizzare scarti produttivi nella realizzazione dei compositi?

Il problema degli scarti esiste e le aziende ci chiedono sempre di più di trovare degli utilizzi alternativi per qualcosa che non sanno come smaltire. Alcuni materiali come metallo e vetro possono essere riciclati, più complesso invece riciclare alcuni tipi di plastiche, come le termoindurenti. La sfida è trovare delle soluzioni che rendano riutilizzabili questi materiali, evitando di trasformarli in rifiuti, almeno nell’immediato.
Per la ricerca condotta con Danilo Battistelli, ad esempio, è stata una piccola officina del territorio a fornire la polvere di ferro necessaria alla realizzazione del composito a base di amido termoplastico autoprodotto. Si trattava di uno scarto di produzione che per l’azienda era costoso eliminare.

Il riutilizzo degli scarti industriali comporta delle criticità?

Partire da materiali di scarto nella produzione di nuovi materiali significa a livello di prove meccaniche e di validazione dei materiali tenere conto di alcuni aspetti: la variabilità delle proprietà dei materiali, il ritorno della presenza dei vuoti, la degradazione termica, i materiali poi non sono “puliti” e spesso è necessario trattarli prima del riutilizzo, serve poi conoscere il più possibile la filiera produttiva e se possibile utilizzare materiali locali.

Parliamo di fibre naturali e della “svolta bio”

Negli ultimi anni si è cominciato ad utilizzare le fibre naturali (canapa e bambù ad esempio) nella produzione dei compositi. Si tratta di materiali di rinforzo relativamente nuovi per i compositi, con caratteristiche molto diverse da quelli utilizzati tradizionalmente (come fibre di vetro, carbonio e kevlar).
Vanno infatti considerati alcuni aspetti: la variabilità delle specie, il fatto che le fibre di questi materiali non sono cilindriche, per cui i tessuti che si ottengono da questi materiali presentano difetti e fibrillazioni e spesso le fibre sono molto corte, specialmente se provengono dagli scarti.

Nuovi materiali da caratterizzare e testare con le macchine di prova

L’ambito della ricerca dei materiali è radicalmente cambiato negli ultimi anni. Fino a 30 anni fa non ci preoccupavamo del fine vita dei materiali. Da un punto di vista della caratterizzazione sia per i compositi da fibre naturali sia per quelli realizzati con gli scarti si aprono un’infinità di necessità e prospettive.
Facciamo questi studi per cercare di creare una consapevolezza e degli incentivi per le buone pratiche. Ho un’idea etica di questo lavoro. L’obiettivo delle ricerche è cercare di fornire alternative ai materiali già presenti sul mercato e pensare delle soluzioni per un loro reimpiego a fine vita che sia sostenibile a livello ambientale ed economico.


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