L’industria della carta e degli imballaggi si trova a un punto di svolta significativo. Le risorse tradizionali, come il legno, devono affrontare sfide in termini di disponibilità e costi, spingendo i ricercatori a esplorare alternative praticabili. Tra questi, le piante delle torbiere stanno emergendo come candidati promettenti per soluzioni di imballaggio sostenibili. Ma come possono queste piante, spesso associate ad habitat specifici, competere con il legno in termini di prestazioni e durabilità?
Alle paludiculture, comprese piante come la torba, la canna e la falaride, vengono già assegnati diversi ruoli. Sono utilizzati come materiali da costruzione, mangime per il bestiame e prodotti alimentari. Tuttavia, il loro basso contenuto di lignina li rende interessanti anche come fonti di materie prime per la produzione di imballaggi di carta sostenibili. I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per l’ingegneria di processo e l’imballaggio IVV ne hanno dimostrato il potenziale attraverso test di fattibilità. Realizzarono scatole pieghevoli, vassoi e altri oggetti simili, dimostrando che le piante palustri potevano diventare una risorsa chiave nell’industria della carta.
Dipendenza dal legno e ricerca di alternative
Il legno costituisce la materia prima primaria per la produzione della carta. In Germania, con un tasso di importazione di circa l’80% di materie prime legnose, il mercato è sempre più sotto pressione. Questa situazione ha spinto i ricercatori del Fraunhofer IVV di Freising e Dresda a esplorare il potenziale delle piante palustri come la canna, il carice o la falaride per un imballaggio sostenibile. Il progetto PALUDI, che fa parte dell’iniziativa Fraunhofer sulla creazione di valore biogenico e l’agricoltura intelligente, beneficia del sostegno del Ministero federale tedesco dell’Istruzione e della ricerca (BMBF), del Ministero bavarese dell’Economia, dello sviluppo regionale e dell’energia, nonché di il Ministero della Scienza, della Cultura, degli Affari Federali ed Europei del Meclemburgo-Pomerania Anteriore.
Le piante studiate dal progetto vengono coltivate intenzionalmente in torbiere reidratate. Questa pratica, nota come paludicoltura, mira a soddisfare i requisiti della legge europea sul ripristino della natura del febbraio 2024, che richiede che il 30% delle aree forestali, prative e paludose venga reidratata e rinaturata. “Ciò comporta l’agricoltura nelle torbiere umide con specie vegetali adattate localmente. Le paludiculture aiutano a mantenere le torbiere e contribuiscono alla protezione del clima riducendo al minimo le emissioni di carbonio”, spiega Fabian Kayatz, project manager del Fraunhofer IVV.
Vantaggi tecnici delle piante di torbiera
Rispetto al legno, le canne e le piante simili hanno un contenuto di lignina inferiore, il che lo consente una riduzione dell’uso di prodotti chimici durante la trasformazione delle fibre vegetali in pasta di carta. Secondo le analisi chimiche delle paludicolture della regione di Freisinger Moos, il contenuto di lignina varia tra il 20 e il 23%, molto inferiore a quello del legno tenero o duro. “Meno lignina, cioè l’adesivo naturale nelle pareti cellulari delle piante, meno risorse sono necessarie durante la lavorazione chimica come acidi o alcali e più stabile è la rete di fibre che si forma,” ha precisato Fabian Kayatz. Inoltre, la polpa ottenuta da queste fibre vegetali ha proprietà meccaniche migliori rispetto a quella di altre paste di paglia, come mais o bambù.
La lignina proveniente da piante non legnose può essere rilasciata o separata dalle fibre con meno energia. I metodi di lavorazione della fibra sviluppati nell’ambito del progetto consentono di lavorare a temperature inferiori a 100°C, ben al di sotto di quelle dei metodi convenzionali di lavorazione della fibra di legno, riducendo così il consumo di energia. I risultati hanno mostrato che, a seconda dei parametri, con il metodo Fraunhofer IVV potrebbe essere rilasciato fino all’83% della lignina. “Dopo aver raccolto le piante delle torbiere, la biomassa risultante potrebbe essere lavorata su scala industriale in una cartiera,” ha aggiunto Fabian Kayatz, sebbene il lavoro del progetto sia stato svolto su scala di laboratorio.
Verso un packaging innovativo
I seguenti esperimenti hanno dimostrato che le carte piane e modellate realizzate con queste fibre avevano una buona lavorabilità. La resistenza alla trazione dei campioni di laboratorio era significativamente superiore a quella dei campioni di riferimento. Aggiungendo additivi come amido e agenti collanti, la resistenza alla trazione, l’elasticità e le proprietà idrorepellenti delle carte potrebbero essere ulteriormente migliorate. Inoltre, queste carte si sono dimostrate adatte per metodi di lavorazione come piegatura, incollaggio e stampa.
Utilizzando processi di stampaggio e termoformatura delle fibre, i ricercatori sono stati in grado di produrre robusti vasi e vassoi di carta da fibre di canna senza additivi. Per la produzione di questi dimostratori di packaging è stato sviluppato un laboratorio specifico. “Gli impianti delle torbiere hanno un grande potenziale per la produzione di imballaggi innovativi a base biologica, come abbiamo dimostrato con i nostri processi di produzione di pasta di legno rispettosi delle risorse”, riprese Fabian Kayatz.
Restano tuttavia da compiere passi di ottimizzazione per passare alla produzione industriale e progettare imballaggi accettabili per i consumatori, in particolare in termini di percezione sensoriale o rivestimento del materiale. I piani iniziali includono la produzione di imballaggi per il settore non alimentare come cosmetici, logistica e forniture per ufficio.
Didascalia dell’illustrazione: Rispetto al legno, la scagliola è caratterizzata da un basso contenuto di lignina. ©Fraunhofer IVV
Fonte: Fraunhofer
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