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Come saprà chiunque si interessi di veicoli elettrici, la leggerezza è uno dei fattori chiave per ottenere un significativo aumento dell’autonomia (Leggi). Ecco perché la scoperta di una materiale super leggero, oltre che di origine vegetale, come quello di cui si parla in questo articolo, può essere una svolta importante nella tecnologia degli EV. Buona lettura.
di Alberto Spriano
Sembra sia leggero quanto un quinto del peso dell’acciaio, risultando cinque volte più resistente. Il super legno giapponese, la nanofibra di cellulosa a base vegetale (CNF), si propone alle case automobilistiche per costruire vetture più resistenti e leggere, eliminando importanti quantitativi di GHG (gas a effetto serra) dal ciclo di vita dell’auto.
CNF, una scoperta made in Japan
Questo materiale, fatto a base di legno, è processato a partire dalla cippatura del legno o dalla polpa di legno, la fibra di legno che è stata defibrata al livello nanoscopico con dimensione di alcune centinaia di micron.
La nanofibra di cellulosa è, oggi, il materiale ottenuto da biomassa più avanzato al mondo, derivato da fibre vegetali, a limitato impatto ambientale nella sua produzione e smaltimento.
Tra le sue eccezionali caratteristiche, è leggero, ha un modulo elastico ad alta resistenza come quello della fibra aramidica (il kevlar inventato nel 1965 da Stephanie Kwolek della DuPont) e presenta una dilatazione termica pari a quella del vetro con elevata impermeabilità nei confronti dei gas.
Può essere stampato come la plastica
Il super legno può essere stampato ad iniezione, come la plastica, per realizzare forme complesse.
Secondo il ministero dell’ambiente giapponese l’utilizzo di questo materiale ridurrà il peso delle automobili, i consumi e le emissioni di CO2 nell’ambiente.
La supercar di legno pesa il 10% in meno
Un progetto intrapreso in collaborazione con l’Università di Kyoto ha realizzato un prototipo di supercar caratterizzato da superfici stealth e linee angolate, utilizzando il CNF nei pannelli della carrozzeria e negli interni. È stata battezzata Nanocellulose Vehicle o NCV e pesa il 10% in meno rispetto ad una vettura con carrozzeria realizzata in acciaio, riducendo le emissioni di CO2 durante il ciclo di vita.
I risultati sono molto promettenti e un certo numero di case automobilistiche, compresa Toyota, stanno studiando il CNF per verificare i procedimenti di lavorazione e i costi di produzione.Una tecnologia, questa, che contribuirebbe a ridurre il peso delle vetture elettriche.
Per saperne di più:
https://www.nipponpapergroup.c
https://www.youtube.com/watch?
http://www.swst.org/wp/meeting
https://www.japanchemicaldaily
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/p
https://www.env.go.jp/earth/on
http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/
Innanzitutto grazie delle risposte.
Ho guardato qualche link ma ancora non mi sono fatto un’idea chiara su questa nuova classe di materiali.
L’unico reale vantaggio che sono riuscito ad individuare è quello di essere derivato dal legno che è una risorsa rinnovabile. E di essere estremamente leggeri.
Se ho capito bene questi CNF vengono “declinati” a seconda delle applicazioni richieste ma sempre in assciazione con uno o piu polimeri o resine da cui si otterrebbero le migliori caratteristiche.
Ma se sono annegati nelle resine poi non siano piu biodegradabili e siano neppure riciclabili, mentre i metalli sono assolutamente riciclabili.
Sono materiali assolutamente interessanti ma non griderei al miracolo che ci libererà dai metalli e dalla plastica.
Anch’io vorrei vedere un telaio da bici in questo supercartone. Ho visto telai in tutti i materiali, compresi vetroresina e bambù. Questo CNF potrebbe rivoluzionare il settore.
Le applicazione automotive del CNF sono da distinguere tra interni ed esterni.
Se consideriamo un cofano anteriore a base CNF, questo presenta in sezione una struttura a tre strati, in cui uno strato di poliuretano espanso, il “core” (materiale d’anima) è inserito tra strati interni ed esterni. Lo spessore dello strato di poliuretano espanso è di circa 10 mm mentre lo strato interno e quello esterno hanno uno spessore di 1 mm, (spessore totale: circa 12 mm).
Per cui è uno stratificato composito, che si può sfogliare meccanicamente per riciclare gli elementi a fine vita.
Voglio solo aggiungere che lo stratificato ligneo sposato ad altri materiali non è un materiale costruttivo nuovo.
Il grande progettista, costruttore, collaudatore e campione Bruce McLaren fu l’artefice di un progetto in cui, per primo, impiegò nella sua prima monoposto di Formula 1, la Mallite, un materiale stratificato in cui erano combinati una lamiera di alluminio con un leggerissimo legno di balsa.
La Mallite veniva utilizzata nella realizzazione delle fusoliere degli aerei, perché oltre ad essere molto più leggera dell’acciaio, era molto più rigida nella torsione.
Bruce e il suo team di giovani brillanti non avevano paura di sperimentare. Robin Herd, allora giovane collaboratore di Bruce, aveva lavorato al Royal Aircraft Establishment di Farnborough, al progetto di un aereo supersonico innovativo: il Concorde, fu lui a suggerire l’impiego della Mallite.
Fu così che nacque la leggenda di Bruce McLaren e della monoscocca composita in Mallite delle McLaren M2A e M2B.
Bruce debuttò con la M2B a Monaco per la Grand Premio nel 1966.
https://www.mclaren.com/racing/heritage/monaco-66-race-report-23333514/
https://primotipo.com/tag/mclaren-m2b-serenissima/
Apparentemente questo materiale sembra il materiale del futuro destinato a soppiantare plastiche e metalli. Però non ho trovato indicazioni vere sulla sua 2SOSTENIBILITA”. E’ biodegradabile, Quanto? E bruciabile senza problemi di gas tossici rilasciati? Quanto costa energeticamente produrlo? etc.
Il Giappone è attualmente il maggiore produttore e consumatore di prodotti in nanofibra di cellulosa. Il mercato comprende principalmente la produzione di nanofibre di cellulosa, con alcuni produttori che guardano anche ai nanocristalli di cellulosa.
L’interesse scientifico che esiste in Giappone per le nanofibre di cellulosa rileva un forte interesse economico ed ecologico per le svariate applicazioni industriali del CNF, infatti si stima che avrà un forte impatto sul mercato nel settore delle soluzioni ecologiche e biodegradabili come imballaggi, carta e cartone, materiali compositi, rivestimenti e film, medicina e sanità, prodotti tessili, petrolio e gas, filtrazione, modificatori di reologia, aerogel, stampa 3D e elettronica stampata e flessibile. Il mercato delle nanofibre di cellulosa si è sviluppato rapidamente in Giappone negli ultimi ed ha interessato anche importanti industrie cartarie oltre a quelle automotive.
I principali produttori di nanofibre di cellulosa in Giappone:
Asahi Kasei
Chuetsu Pulp & Paper
Daicel Corporation
Daio Paper Corporation
DIC Corporation
DKS Co. Ltd.
Nippon Paper Industries
Oji Holdings
Seiko PMC
Sugino Machine.
A mio parere il business del CNF è fortemente indirizzato al packaging, in quanto il CNF è atossico, biodegradabile e biocompatibile senza effetti negativi sulla salute e sull’ambiente, anche se le qualità di resistenza meccanica alle sollecitazioni e la leggerezza ne fanno un materiale di frontiera da esplorare per sviluppare svariate applicazioni tecnologiche.
Sarebbe interessante vedere i nostri eccellenti progettisti e costruttori di biciclette impiegare il CNF per realizzare un telaio da corsa con caratteristiche inimmaginabili.
In generale, le proprietà meccaniche del legno lamellare e multistrato sono note da tempo, basta ricordare gli châssis le vetture Morgan realizzato per anni in frassino dai maestri d’ascia inglesi o il velocissimo e leggero “Mossie” il caccia bimotore realizzato dall’azienda britannica de Havilland di realizzazione lignea: “The Wooden Wonder”.
Ogni produttore cerca di ottimizzare l’applicazione del CNF, caratterizzandone le caratteristiche meccaniche in rapporto all’ottimizzazione dei processi produttivi e dei componenti da realizzare.
Come di seguito puoi constatare ci sono diversi tipi di CNF e diversi procedimenti industriali di produzione che riguardano svariate applicazioni di questo materiale:
https://res.mdpi.com/d_attachment/polymers/polymers-10-00517/article_deploy/polymers-10-00517.pdf
https://www.witpress.com/Secure/elibrary/papers/HPSM16/HPSM16031FU1.pdf
https://www.nature.com/articles/ncomms8170
https://cyberleninka.org/article/n/223610.pdf
https://www.een-japan.eu/sites/default/files/BOJP20180719001.PDF
Restando in campo automotive, il CNF viene impiegato stratificandolo con altri materiali collaboranti. Una ricerca è indirizzata al multistrato composito con una pelle di resina epossidica di rivestimento esterno ed un core di schiuma di poliuretano interposto da superfici di CNF.
https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atclen/news_en/15mk/091402364/