Un ghiaccio capace di resistere a una pressione dieci volte superiore a quella sopportata dal ghiaccio normale e di assorbire 70 volte più energia prima di rompersi. È il risultato ottenuto dai ricercatori dell’Università Ebraica di Gerusalemme con BioPykrete, un materiale sperimentale che combina ghiaccio, cellulosa vegetale e una proteina progettata in laboratorio.
Nei test, il nuovo materiale ha mostrato una resistenza alla compressione che si avvicina a quella del calcestruzzo. I ricercatori immaginano possibili applicazioni nelle regioni polari, dove trasportare materiali da costruzione tradizionali è difficile e costoso. Per ora, però, gli esperimenti riguardano piccoli campioni e la capacità del composto di conservare le proprie caratteristiche nel tempo deve ancora essere verificata.
Dal ghiaccio delle portaerei al BioPykrete
L’idea di rinforzare il ghiaccio ha una storia piuttosto curiosa. Durante la Seconda guerra mondiale, i britannici studiarono un materiale chiamato Pykrete, composto da ghiaccio e polpa di legno. L’obiettivo era realizzare strutture galleggianti di grandi dimensioni, fino a ipotizzare una portaerei costruita con questo materiale. Il progetto fu abbandonato, ma dimostrò che l’aggiunta di fibre vegetali poteva modificare sensibilmente il comportamento meccanico del ghiaccio.
Il BioPykrete riprende quel principio utilizzando componenti molto più piccoli. Al posto della polpa di legno ci sono nanocristalli di cellulosa, minuscole strutture ricavate dalla sostanza che costituisce gran parte delle pareti cellulari delle piante. Durante il congelamento, questi elementi formano una rete tridimensionale che circonda porzioni microscopiche di ghiaccio.
Una proteina funziona come una colla molecolare
Il secondo elemento è una proteina artificiale chiamata CBM3a-AFPIII, ottenuta combinando una componente che si lega alla cellulosa con una proteina capace di interagire con il ghiaccio. La prima mantiene il contatto con i nanocristalli vegetali, mentre la seconda favorisce l’adesione alla struttura ghiacciata.
Il risultato è una sorta di colla molecolare che tiene uniti i diversi componenti. Quando nel materiale si forma una piccola crepa, la rete di cellulosa ne ostacola la propagazione. In questo modo, invece di spezzarsi improvvisamente come accade al ghiaccio normale, il composto può deformarsi progressivamente e assorbire una quantità maggiore di energia prima della rottura.
Quanto è resistente il super ghiaccio?
Nei test di compressione condotti su campioni di circa 2 centimetri di diametro e un centimetro di altezza, il BioPykrete ha raggiunto una resistenza dieci volte superiore a quella del ghiaccio comune. L’energia assorbita prima del cedimento è risultata circa 70 volte maggiore.
Un particolare significativo riguarda proprio la proteina artificiale: rispetto a una miscela equivalente composta soltanto da ghiaccio e nanocristalli di cellulosa, la sua aggiunta ha raddoppiato sia la resistenza sia l’energia assorbita prima della rottura.
Il confronto con il calcestruzzo riguarda la resistenza alla compressione e non tutte le proprietà del materiale. Inoltre, le prove su piccoli campioni non dimostrano ancora che il BioPykrete possa sostenere i carichi di una struttura reale o conservarsi a lungo nelle condizioni di esercizio.
I risultati sono descritti nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, ripreso anche da ScienceAlert.
Dove potrebbe essere utilizzato e quali problemi restano
Le applicazioni immaginate dai ricercatori riguardano soprattutto le regioni artiche e antartiche. In ambienti dove le temperature rimangono stabilmente sotto lo zero, la possibilità di utilizzare ghiaccio e cellulosa disponibili localmente potrebbe ridurre la necessità di trasportare grandi quantità di materiali tradizionali.
Restano però problemi da affrontare. Il materiale deve rimanere congelato e non è ancora noto come reagisca ai cicli ripetuti di gelo e disgelo, ai carichi mantenuti per lunghi periodi o alle variazioni di temperatura. I ricercatori dovranno anche verificare il comportamento delle fratture su campioni più grandi e valutare i costi e l’impatto ambientale dell’eventuale produzione su larga scala.
La natura vegetale di parte degli ingredienti rende il BioPykrete un candidato per lo sviluppo di materiali potenzialmente biodegradabili e a ridotto impatto ambientale, ma la sostenibilità complessiva dipenderà anche dall’energia necessaria per produrlo e mantenerlo congelato.
La ricerca si inserisce in un filone più ampio che utilizza materiali e proteine di origine biologica per ottenere proprietà nuove. Un altro esempio è lo studio sui biocompositi ottenuti dalle proteine del latte scaduto per la stampa 3D, di cui abbiamo già parlato su Macitynet.
