Il Prof. Hu Liangbing è direttore del Center for Materials Innovation dell’Università del Maryland, USA. I risultati dello studio sulla produzione di legno trasparente condotto dal suo team sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Science Advances (“Solar-assisted fabrication of large-scale, patternable transparent wood”, DOI: 10.1126/sciadv.abd7342).

Immagine - Prof. Hu Liangbing - Credits:  Center for Materials Innovation, University of Maryland, USA.

Abbiamo chiesto al Prof. Liangbing di spiegarci meglio i risultati conseguiti con il suo studio e gli ostacoli ancora da superare per rendere il legno trasparente una valida alternativa al tradizionale vetro nella realizzazione delle finestre.

#1 Prof. Liangbing può spiegarci quali sono le scoperte che l’hanno condotta al suo attuale lavoro di ricerca sul legno trasparente?

Risposta: il legno presenta numerosi gruppi cromofori fotolabili che ne determinano il colore marrone monotono e lo rendono suscettibile alla fotodegradazione, caratteristiche queste indesiderate per la gestione ottica. I gruppi cromofori vengono prodotti principalmente dalla lignina e sono in grado di assorbire la luce ultravioletta. In seguito all’eccitazione ultravioletta si formano i radicali liberi della lignina. 

Prendendo spunto da queste caratteristiche peculiari della lignina, ossia la fotoeccitazione e la capacità di assorbire luce ultravioletta, abbiamo rimosso dalla lignina i gruppi cromofori utilizzando l’eccitazione con luce ultravioletta e l’ossidazione con H2O2 (perossido di idrogeno ossia acqua ossigenata, ndr).

L’energia solare rappresenta la risorsa energetica più abbondante sulla terra. Gran parte dell’energia solare è costituita da radiazione ultravioletta (UV). Possiamo quindi sfruttare la luce solare UV per decolorare il legno e ottenere legno trasparente in tempi brevi.

#2. Ci sembra di capire che la ricerca sul legno trasparente sia di grande importanza non solo da un punto di vista teorico. Può spiegarci quali potrebbero essere i vantaggi pratici per le aziende e la vita quotidiana delle persone?

HL: rispetto al vetro, il legno ha una minore conducibilità termica ed è più leggero, resistente ed ecocompatibile. Il legno trasparente può essere utilizzato per realizzare prodotti efficienti dal punto di vista energetico, dalle finestre, ai tetti e perfino agli edifici trasparenti.

3# Quali sono gli ostacoli da superare per riuscire a rendere il processo per rendere il legno trasparente vantaggioso da un punto di vista energetico, dell’impatto ambientale ed economico?

HL: i tradizionali metodi di preparazione del legno trasparente prevedono un processo di delignificazione in soluzione che oltre a compromettere la resistenza meccanica del legno è anche un processo relativamente dispendioso dal punto di vista chimico ed energetico.

Questi metodi tradizionali prevedono, inoltre, la rimozione completa della lignina dalla struttura del legno, con conseguente allungamento dei tempi di lavorazione.

Infine, i rifiuti liquidi generati durante il processo sono difficili da riciclare e creano un ulteriore carico ambientale. 

In alternativa ai processi tradizionali di delignificazione che prevedono l’immersione in soluzione, proponiamo una tecnica che permette di fabbricare legno trasparente in tempi rapidi. 

Questa tecnica consente di rimuovere i gruppi cromofori della lignina utilizzando un processo di spazzolatura chimica (anziché l’immersione in soluzione) associata all’irradiazione con luce solare.

Il nostro metodo richiede una minore quantità di sostanze chimiche e un minore consumo energetico, riducendo di conseguenza i rifiuti liquidi prodotti e i costi associati alla preparazione.

#4 Quali obiettivi ha già raggiunto con la sua ricerca e quali intende ancora raggiungere?

HL: con il nostro lavoro presentiamo un metodo rapido, sostenibile ed economicamente vantaggioso per realizzare legno trasparente sagomabile, basato su un processo di spazzolamento chimico assistito dalla luce solare.

Durante il processo, vengono rimossi i gruppi cromofori della lignina che assorbono la luce e questo ci permette di migliorare le proprietà ottiche del legno trasparente senza distruggere completamente la struttura aromatica della lignina.

Il legno trasparente così ottenuto mostra un’elevata resistenza alla trazione pari a 31,4-46,2 MPa, un’eccellente trasmittanza ottica superiore al 90%,un basso assorbimento ottico inferiore al 4% e un’elevata torbidità ottica (haze) del 60-80%.

Inoltre, il metodo di spazzolamento chimico assistito dalla luce solare è in grado di trattare selettivamente aree designate dei campioni di legno, conferendo al legno trasparente un’eccellente capacità di sagomatura.

Rispetto ai processi di delignificazione in soluzione, lo spazzolamento chimico ha una maggiore efficienza produttiva, costi minori ed è più sostenibile e controllabile. Si tratta di un processo di fabbricazione economico e altamente efficiente, nel quale è possibile utilizzare anche l’energia solare naturale; questo potrebbe estendere l’impiego della tecnica a una produzione industriale su larga scala.

Sicuramente abbiamo intenzione di espandere le possibili applicazioni del legno trasparente. Il legno trasparente è un materiale emergente grazie alla sua esclusiva struttura gerarchica, all’elevata resistenza specifica e alle buone proprietà di gestione della luce.

Quindi può essere potenzialmente utilizzato in una vasta gamma di applicazioni tra cui dispositivi optoelettronici, materiali edilizi efficienti dal punto di vista energetico, integrazione nei pannelli solari, strati di gestione della luce per celle solari e touch panel.

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