Aerei e treni più sostenibili: una nuova resina potrebbe rendere riciclabili i compositi leggeri
I materiali compositi sono fondamentali per costruire aerei e treni più leggeri, ma presentano un problema difficile da risolvere: una volta arrivati alla fine della loro vita utile, separarli e recuperarne i componenti può essere estremamente complicato. Una nuova tecnologia sviluppata in Svizzera potrebbe cambiare questo scenario.
I ricercatori dell’Empa, il Laboratorio Federale Svizzero di Scienza e Tecnologia dei Materiali, hanno sviluppato una resina epossidica riciclabile e ignifuga pensata per mantenere le caratteristiche che rendono i compositi interessanti per il settore dei trasporti: elevata resistenza, peso ridotto e sicurezza in caso di incendio.
Il progetto è stato realizzato insieme a Elantas, società appartenente al gruppo chimico tedesco ALTANA, con il sostegno di Innosuisse, l’agenzia svizzera per la promozione dell’innovazione.
Il problema dei compositi utilizzati su aerei e treni
La ricerca si è concentrata su strutture multistrato comunemente definite “sandwich”, impiegate anche nei pavimenti delle cabine di aerei e treni. La loro costruzione combina un’anima a nido d’ape in aramide con strati intrecciati di fibra di vetro o fibra di carbonio, mantenuti insieme da una resina epossidica.
Questa soluzione permette di ottenere componenti resistenti senza aumentarne eccessivamente il peso, una caratteristica particolarmente importante nel settore dei trasporti. Il vantaggio durante l’utilizzo si trasforma però in un problema quando il componente deve essere smaltito.
Una volta indurite, infatti, le tradizionali resine epossidiche non possono essere semplicemente fuse e rimodellate come avviene con molti materiali termoplastici. Anche separare chimicamente i diversi elementi del composito è complesso. Di conseguenza, questi materiali possono finire negli impianti di incenerimento o in discarica anziché essere recuperati.
La soluzione studiata da Empa interviene direttamente sulla composizione della resina.
Un additivo al fosforo rende l’epossidica riciclabile e ignifuga
I ricercatori hanno sviluppato uno speciale additivo contenente fosforo che modifica il comportamento della resina epossidica. Aggiunto durante la produzione, permette di ottenere contemporaneamente proprietà ritardanti di fiamma e la possibilità di ammorbidire e rimodellare il materiale già indurito quando vengono applicate determinate condizioni.
Questo rende possibile un processo definito riciclaggio termomeccanico, superando uno dei principali limiti delle resine epossidiche convenzionali.
La difficoltà consiste nel raggiungere questo risultato senza sacrificare le prestazioni necessarie nell’impiego reale. Secondo il ricercatore Sabyasachi Gaan, rendere un materiale resistente alle fiamme comporta inevitabilmente modifiche anche ad altre sue caratteristiche.
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Il materiale ottenuto dal progetto conserverebbe invece sostanzialmente le proprietà meccaniche favorevoli dell’epossidica tradizionale, rispettando contemporaneamente i requisiti di sicurezza antincendio previsti per queste applicazioni.
Per gli interni degli aerei, questa combinazione è particolarmente importante: ogni materiale deve contribuire a limitare il peso complessivo del velivolo senza compromettere i severi standard di sicurezza richiesti in caso di incendio.
Calore e solvente permettono di recuperare i singoli materiali
Il progetto è andato oltre la possibilità di rimodellare la resina. Empa ed Elantas hanno studiato anche un procedimento che consente di separare i diversi elementi che compongono la struttura.
Utilizzando un solvente appropriato insieme al calore, il composito può essere scomposto recuperando separatamente materiali come il nido d’ape in aramide e gli strati di fibre intrecciate.
La possibilità di recuperare questi elementi potrebbe avere un’importanza sia ambientale sia economica. Materiali come l’aramide e soprattutto la fibra di carbonio hanno infatti un valore significativo, rendendo interessante il loro riutilizzo anziché lo smaltimento.
Secondo Empa, in prospettiva potrebbe essere possibile recuperare dalla soluzione utilizzata nel processo persino la resina epossidica. Questo aspetto, tuttavia, richiederà ulteriori ricerche e non rappresenta ancora un risultato definitivo del progetto.
Dalla sperimentazione industriale alla produzione su larga scala
La tecnologia ha finora mostrato il proprio potenziale a livello applicativo, ma la strada verso un impiego esteso non è ancora conclusa. Il prossimo obiettivo sarà aumentare la scala di produzione sia del nuovo materiale sia dei relativi processi di riciclaggio.
I ricercatori stanno inoltre valutando possibili applicazioni al di fuori dei trasporti. Una resina epossidica capace di combinare resistenza meccanica, proprietà ignifughe e riciclabilità potrebbe infatti risultare interessante anche in settori come energia e costruzioni.
Il potenziale della ricerca va quindi oltre la possibilità di rendere più facilmente riciclabili alcuni componenti di treni e aeromobili. I compositi rinforzati con fibre sono apprezzati proprio perché riescono a offrire prestazioni elevate con una massa contenuta, ma la loro struttura complessa rappresenta da tempo un ostacolo alla creazione di un’effettiva economia circolare.
Se il processo sviluppato da Empa riuscirà a essere portato su scala industriale mantenendo prestazioni e sostenibilità economica, potrebbe contribuire a risolvere uno dei principali punti deboli dei moderni materiali compositi leggeri: conservarne i vantaggi durante l’utilizzo e, alla fine, riuscire finalmente a recuperarne le parti di maggior valore.
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