Data l’urgenza di un’azione per mitigare il cambiamento climatico, le fonti alternative alle risorse fossili sono un argomento di notevole interesse ed importanza. Questo periglio ambientale sta fortunatamente spostando risorse ed interesse di ricerca verso la valorizzazione e lo sfruttamento di differenti risorse ecosostenibili. Una delle risorse rinnovabili più promettenti risulta essere la biomassa lignocellulosica, grazie alla sua quantità e disponibilità. Attualmente risulta solo parzialmente sfruttata, ma la sua totale valorizzazione è un obiettivo concreto di ricercatori accademici e industriali.

La lignina, una parte integrante della biomassa lignocellulosica, risulta in particolare essere una delle materie prime di origine naturale meno valorizzate. Ciò è sostanzialmente legato alla sua complessa struttura chimica che non solo manca di un’unità ripetitiva univoca e varia da specie a specie, ma viene ulteriormente modificata a seguito dei processi chimici di estrazione operati dalle industrie della polpa di cellulosa e dalle moderne bioraffinerie. Il risultato è un materiale altamente eterogeneo e variabile che viene in gran parte utilizzato per produrre energia. Ciononostante, la lignina è un polimero dalle notevoli potenzialità, avendo proprietà uniche quali elevata capacità antiossidante e di schermo UV, attività antibatterica, nonché biocompatibile e, in specifiche condizioni, biodegradabile.

In tale contesto si è sviluppato il lavoro di ricerca, che ha avuto come obiettivo finale la valorizzazione della lignina attraverso la realizzazione di film che possano trovare impiego in varie applicazioni, ad esempio in agricoltura come teli per pacciamatura con proprietà attive. Le lignine tecniche, su tutte la lignina Kraft, purtroppo non sono facilmente processabili attraverso le classiche strategie adottate per i polimeri termoplastici (e.g. estrusione, stampaggio ad iniezione, stampaggio per soffiaggio) avendo una finestra di lavorabilità molto ristretta e una reattività non controllabile. Inoltre, ad eccezione dei lignosolfonati, risultano solubili solo in solventi organici tossici e/o altobollenti quali dimetilsolfossido o dimetilformammide o in soluzioni acquose a pH alcalino (> 12). Ciò limita notevolmente la possibilità di adottare metodiche semplici e sostenibili per la produzione di film anche attraverso solvent casting.

Per superare tali problematiche l’attività di ricerca si è focalizzata sullo studio di procedure di dialisi per valutare la possibilità di ottenere soluzioni acquose a pH neutro di lignine tecniche, nello specifico una lignina Kraft e una lignina organosolv, che possano essere poi utilizzate in formulazioni per la produzione di film attraverso evaporazione del solvente.

Approfondite analisi hanno confermato l’ottenimento di una soluzione, escludendo quindi la formazione di nanoparticelle, attraverso tecniche di dynamic light scattering, e a delucidare la struttura chimica delle molecole di lignina in soluzione attraverso tecniche cromatografiche (permeazione su gel, GPC), spettroscopiche (NMR) e calorimetriche (analisi termogravimetrica, TGA, e calorimetria differenziale a scansione, DSC) per comprendere se e quanto il trattamento di dialisi possa aver influito sulle caratteristiche della lignina di partenza. Inoltre, i campioni solidi ricavati tramite liofilizzazione del retentato di dialisi hanno mostrato una totale solubilità in acqua e in diverse miscele acqua-solventi organici.

Lo studio condotto ha portato a dei risultati senza precedenti che aprono le porte a future attività di ricerca. Nonostante risulti rilevante e promettente è solo un piccolo progresso in quello che è il mondo della chimica della lignina, che rappresenta una risorsa rinnovabile tanto stimolante quanto difficile data la sua complicata natura e un sistema industriale che l’ha sempre trattata come scarto o, al massimo, come vettore energetico. La sua valorizzazione si è resa però fondamentale per tutelare noi e il pianeta che ci ospita.

Vincere il premio “Professione chimica e fisica” indetto dall’Ordine Interprovinciale dei Chimici e dei Fisici del Veneto è stato un grandissimo riconoscimento personale. Poter presentare e condividere i risultati di quello che è stato un ricco percorso di ricerca con dei professionisti del settore, potermi confrontare e relazionare con loro, è stata una grande emozione e un importante passo in avanti in quello che è questo fantastico mondo professionale.

 

Dott. Nicola Rosso