Oggi, i materiali in fibra di carbonio sono quasi onnipresenti nel mondo industrializzato e si trovano ovunque, dalle mazze da hockey agli aerei di linea passeggeri. Con centinaia di migliaia di tonnellate di fibra di carbonio prodotte ogni anno in tutto il mondo, gli scienziati hanno cercato metodi utili ed economici per riciclare il materiale.
Ma la fibra di carbonio – filamenti di atomi di carbonio legati insieme in una matrice – è particolarmente difficile da riciclare in nuovi materiali utili.
“Di solito è un materiale intrecciato combinato con una matrice, spesso fatta di resina epossidica o polistirene, che lo tiene insieme”, ha detto Berl Oakley, Irving S. Johnson Distinguished Professor di Biologia Molecolare presso l’Università del Kansas. “Hai una miscela di tessuto e matrice, quindi l’obiettivo è recuperare il tessuto per il riutilizzo e anche dissolvere la matrice senza creare qualcosa di tossico o dispendioso. Idealmente, vuoi recuperarne il valore.”
Ora, in un nuovo processo biotecnologico appena dettagliato nel Giornale della società chimica americanay, Oakley della KU e collaboratori della University of Southern California hanno sviluppato una procedura chimica per scomporre e rimuovere la matrice dai polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) in modo tale che gli strati di fibra di carbonio recuperati mostrino proprietà meccaniche paragonabili a quelle dei substrati di produzione vergini.
Uno dei principali prodotti della degradazione della matrice è l’acido benzoico e, per recuperarne ulteriore valore, Oakley ha sviluppato una versione geneticamente modificata del fungo Aspergillusnidulans che può nutrirsi di acido benzoico per produrre un prezioso composto chimico chiamato OTA (2Z,4Z,6E)- acido otta-2,4,6-trienoico). Secondo Oakley e i suoi collaboratori nel nuovo articolo, “Questo rappresenta il primo sistema a recuperare un valore elevato sia dal tessuto in fibra che dalla matrice polimerica di un CFRP”.
Oakley collabora da molto tempo con l’autore principale dello studio, Clay Wang della University of Southern California. “Lavoriamo da anni con il suo laboratorio per produrre metaboliti secondari nell’Aspergillusnidulans”, ha detto Oakley. “I metaboliti secondari sono composti prodotti dal fungo – la penicillina è l’archetipo del metabolita secondario – che hanno attività biologica, come inibire i suoi concorrenti e così via. Il percorso dell’Asperlin è qualcosa che è venuto fuori da quel lavoro. L’Asperlin è un metabolita secondario. Noi siamo riusciti ad attivare un percorso particolare, e questo è stato il prodotto. Abbiamo scoperto che l’OTA è un intermedio nel percorso e l’OTA è un composto industriale potenzialmente prezioso.”
“L’OTA può essere utilizzata per realizzare prodotti con potenziali applicazioni mediche, come antibiotici o farmaci antinfiammatori”, ha affermato Wang in una dichiarazione rilasciata dalla USC. “Questa scoperta è importante perché mostra un modo nuovo e più efficiente per trasformare quello che prima era considerato materiale di scarto in qualcosa di prezioso che potrebbe essere utilizzato in medicina.”
Successivamente, Oakley ha affermato che il suo laboratorio KU cercherà di rendere i loro funghi specializzati ancora più efficienti, tenendo presente le esigenze di scalabilità e redditività se il nuovo metodo di riciclaggio della fibra di carbonio deve essere applicato su scala industriale.
“Da quando è iniziato questo lavoro, abbiamo sviluppato varietà che sono effettivamente migliori di quelle originali”, ha affermato. “Questi ceppi più nuovi probabilmente daranno risultati migliori, ma dovremo lavorare molto per ingegnerizzare questo processo nei ceppi migliorati.”
Alla KU, Oakley è stato affiancato nella ricerca dallo studente laureato Cory Jenkinson. Alla USC, i coautori di Wang erano Clarissa Olivar, Zehan Yu, Ben Miller, Maria Tangalos, Steven Nutt e Travis Williams.
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