Una bio-schiuma tutta in cellulosa a struttura gradiente ottenuta tramite assemblaggio molecolare indotto da solvente per moduli isolanti sostenibili

Un nuovo tipo di schiuma per un futuro più pulito

La schiuma è ovunque nella nostra vita quotidiana, dall’isolamento nelle pareti al packaging che protegge le spedizioni. La maggior parte di queste schiume è prodotta con plastiche di origine petrolifera che rimangono nell’ambiente per secoli e rilasciano microplastiche dannose. Questo articolo descrive un nuovo tipo di schiuma realizzata interamente in cellulosa—the stesso materiale naturale che compone le pareti cellulari delle piante. I ricercatori mostrano come trasformare la cellulosa di origine vegetale in una schiuma resistente, leggera e riciclabile che può isolare gli edifici riducendo drasticamente inquinamento ed emissioni di carbonio.

Perché ripensare le schiume plastiche è importante

Le schiume plastiche tradizionali, come il polistirene e il poliuretano, sono popolari perché sono leggere, facili da modellare e buone nel bloccare calore e rumore. Ma provengono per lo più da combustibili fossili non rinnovabili e rilasciano grandi quantità di gas serra durante la produzione. Una volta scartate, queste schiume non si decompongono; si frammentano lentamente in minuscoli pezzi di plastica che inquinano oceani, suolo e fauna. Con governi e organizzazioni internazionali che spingono per limitare i rifiuti plastici, gli ingegneri hanno urgente bisogno di sostituti che eguaglino o superino le prestazioni delle schiume plastiche senza i loro costi ambientali.

Costruire la schiuma dalle piante invece che dal petrolio

Il team dietro questo lavoro ha sviluppato una schiuma “tutta in cellulosa” che chiamano All-Cel foam. Partono sciogliendo la cellulosa derivata dalla biomassa in un liquido speciale, quindi usano etanolo—essenzialmente alcol—per indurre delicatamente le molecole di cellulosa a riassemblarsi in una schiuma solida. Questo processo avviene a temperatura ambiente e non si basa su agenti schiumogeni tossici né su processi di essiccazione per congelamento ad alto consumo energetico. Man mano che l’etanolo penetra nel liquido, le catene di cellulosa si aggrovigliano e si fissano, formando una rete tridimensionale. Poiché questo assemblaggio avviene a velocità diverse vicino alla superficie e in profondità, la schiuma sviluppa naturalmente una intelligente struttura a “gradiente”: gli strati esterni sono più densi con pori più piccoli, mentre l’interno è più aperto con celle più grandi a nido d’ape.

Leggera, resistente e resistente al calore

Questo design a gradiente conferisce all’All-Cel foam una combinazione inusuale di proprietà. È molto leggera—circa un decimo della densità delle plastiche solide—eppure può sostenere circa 400 volte il proprio peso, con una rigidezza in compressione superiore a quella delle comuni schiume plastiche utilizzate oggi. Nei test di flessione e impatto resiste alle incrinature e può assorbire urti che frantumerebbero le schiume standard. Il materiale si comporta bene anche al calore: mantiene la sua rigidezza fino a circa 200 °C e rimane stabile fino a circa 264 °C, temperature alle quali molte schiume plastiche si ammorbidiscono, deformano o cedono. Usata come strato isolante tra una sorgente luminosa calda e una scatola metallica, la schiuma rallenta nettamente il trasferimento di calore, mantenendo la scatola solo leggermente più calda della temperatura ambiente anche quando la superficie della schiuma diventa molto calda. Simulazioni al computer sugli edifici suggeriscono che impiegare All-Cel foam nelle pareti può eguagliare i risparmi energetici delle isolazioni plastiche ampiamente usate.

Più sicura in caso d’incendio e più gentile con il pianeta

La schiuma negli edifici deve essere anche sicura in caso d’incendio. Immergendo All-Cel foam in una soluzione di acido fitico, un ritardante di fiamma di origine vegetale, gli autori hanno creato una versione che brucia molto meno facilmente rispetto alle schiume plastiche comuni. In prove di incendio controllate, questa schiuma trattata ha rilasciato molto meno calore e fumo, e le fiamme si sono spente poco dopo la rimozione della sorgente di ignizione—grazie a uno strato protettivo di carbone che si forma sulla superficie. Altrettanto importante, la schiuma è facile da modellare e rimodellare. Può essere colata direttamente in stampi, ammorbidita in acqua e riformata, e persino riciclata sciogliendo i pezzi usati nuovamente in soluzione per ottenere nuovi blocchi di schiuma. Nel suolo, All-Cel foam si degrada gradualmente e scompare nel giro di pochi mesi, a differenza delle schiume convenzionali che rimangono quasi inalterate. Una valutazione del ciclo di vita mostra che produrre questa schiuma di cellulosa può ridurre le emissioni di carbonio fino a più della metà rispetto ad alcune comuni schiume plastiche, riducendo anche altri impatti ambientali.

Verso edifici e prodotti più verdi

Per i non specialisti, il messaggio chiave è semplice: questa ricerca dimostra che materiali di origine vegetale possono ora competere con, e persino superare, molte schiume a base di petrolio in termini di resistenza, sicurezza e prestazioni isolanti. All-Cel foam unisce la leggerezza e l’utilità delle schiume note per imballaggi e edilizia con i vantaggi della rinnovabilità, riciclabilità e biodegradabilità. Se portata a scala produttiva con successo, potrebbe contribuire a rendere case, veicoli e prodotti più efficienti dal punto di vista energetico alleggerendo al contempo il carico dei rifiuti plastici sul nostro pianeta.

Citazione: Zeng, S., Tong, Z., Li, X. et al. A gradient-structured all-cellulose biofoam enabled by solvent-induced molecular assembly for sustainable insulation modules. Nat Commun 17, 1913 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68803-8

Parole chiave: schiuma di cellulosa, isolamento ecologico, materiali biodegradabili, alternative alle schiume di plastica, edifici sostenibili