Echave-Sustaeta 2020d

Un equip d'investigadors de la Universitat de Maryland (Estats Units) ha assajat les propietats del bambú deslignificat com a material estructural ultralleuger. El material, abundant i totalment renovable, mostra unes qualitats mecàniques que el podrien fer apte per a l'edificació i també per a la indústria automobilística i l'aeronàutica.

Modificació de l'estructura del bambú

El Maryland Nanocenter de la Universitat de Maryland va publicar el mes de gener de 2020 a la revista Advanced Materials els resultats dels seus assajos per aconseguir un material apte per a la construcció i la indústria, de baix cost, energèticament eficient, durador, totalment renovable i amb una empremta carbònica gairebé nul·la: el bambú d'estructura modificada. Aquest material té avantatges com ara la resistència a la humitat i la rigidesa estructural, i n'hi suma un altre: el ritme ràpid de creixement, que en algunes espècies de bambú assoleix fins a un metre per dia. A més, podria ser recol·lectat amb finalitats de matèria primera a partir dels tres anys (en contrast amb els vint anys que com a mínim necessita la fusta convencional emprada amb fins estructurals). Actualment, existeixen al món més de mil cinc-centes espècies de bambú, que ocupen superfícies de prop de trenta-sis milions d'hectàrees, cosa que en fa una font pràcticament inexhaurible de material.

Ara bé, fins a l'actualitat els tractaments a què s'ha sotmès el bambú per convertir-lo en material estructural només han permès que assoleixi tensions de trencament i resistències flexionals màximes d'uns 300 MPa, a causa de la natura trenquívola de la lignina, així com de les deficiències en la transmissió de càrregues entre les diferents capes dels troncs.

En els seus treballs, els investigadors del Maryland Nanocenter han dissenyat un procediment per augmentar dràsticament la tensió de trencament i la resistència flexional del bambú, i han aconseguit valors com els que veureu a la taula següent, molt superiors als d'altres materials, reforçats o no.

Taula comparativa de tensions de trencament i de resistències flexionals, en megapascals, de diversos materials, no reforçats i reforçats, en comparació amb les del bambú densificat desenvolupat pel Maryland Nanocenter (© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.)

El procediment aplicat consta de dues etapes: en la primera, el bambú és parcialment desposseït de l'hemicel·lulosa i de la lignina (els elements que n'asseguren la rigidesa) mitjançant immersió en una solució de sosa càustica (hidròxid de sodi, NaOH). La deslignificació fa que el bambú esdevingui més porós, però alhora permet que es formin nous enllaços de hidrogen al si de les cadenes moleculars de cel·lulosa, que veuen així reforçada la cohesió entre elles. En la segona etapa del procediment, el bambú sense lignina és assecat a 150 ⁰C durant unes vint-i-quatre hores, cosa que resulta en una contracció del material: a escala macroscòpica, l'escalfament fa augmentar la densitat del bambú, i disminuir-ne la porositat, mentre que a escala microscòpica, els porus de les cèl·lules s'encongeixen, cosa que dona lloc a una estructura estratificada i a una major rigidesa de tot el conjunt. Perquè, al seu torn, a més, les nanofibres de cel·lulosa, responsables de la solidesa del bambú, resten intactes.

Al final del procediment, el bambú ha perdut fins al 70% del seu gruix i s'ha tornat molt més lleuger. Però sobretot, segons afirmen els investigadors del Maryland Nanocenter, veu millorades les seves propietats mecàniques, fins a nivells superiors als de l'acer, la fusta convencional, els polímers plàstics o els aliatges metàl·lics.

A dalt: aplanament, deslignificació i aplicació de calor porten a un bambú densificat i estratificat, sense lignina i amb la cel·lulosa reforçada; a baix a l'esquerra, tensions de trencament i rigidesa específiques de diversos materials (inclòs l'acer inoxidable), amb el bambú tractat en vermell; a la dreta, ritme de creixement de diferents vegetals llenyosos, amb el bambú moso (Phyllostachys edulis) en vermell (© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co)

Autors

Redactat per: Alfonso Martínez Jaume.

Per saber-ne més: Advanced Materials, Advanced Materials (informació complementària) [PDF].