De la pasta biológica a la bioplástica
Los científicos forestales desarrollan materiales innovadores basados en la madera para la impresión en 3D
Una pasta biológica viscosa, fácil de procesar, que se solidifica rápidamente y que es adecuada para producir incluso estructuras complejas mediante el proceso de impresión en 3D, ha sido desarrollada por un equipo de investigación encabezado por el Prof. Dr. Marie-Pierre Laborie de la Cátedra de Biomateriales Forestales de la Universidad de Friburgo. El sintético biodegradable a base de madera podría ser potencialmente usado en construcciones ligeras, entre otras cosas.
La biopasta utilizada para imprimir este cilindro consiste en un 50 por ciento de lignina y un 50 por ciento de celulosa.
Lisa Ebers
La lignina refuerza las paredes celulares de las plantas y hace que se vuelvan leñosas (lignificar) - un mecanismo que ayuda a las plantas a protegerse contra el viento o las plagas. Es un producto de desecho de la fabricación de papel y en gran parte incinerado para producir bioenergía. "Por eso estamos investigando posibilidades alternativas para aprovechar mejor esta materia prima en el futuro", dice Laborie. Como resultado, el equipo comenzó a reexaminar una combinación de materiales que ya había sido investigada en los años 80 por un equipo de investigación americano. En este sistema, los cristales líquidos basados en celulosa, el principal componente de las paredes celulares de las plantas, aseguran no sólo la resistencia sino también las buenas propiedades de flujo de la biopasta. El otro componente, la lignina, puede "pegar" la microestructura en el proceso de creación de la biosintética, como descubrió Robert Gleuwitz en su tesis doctoral. Su orientación determina posteriormente las características de la biosintética: por ejemplo, puede responder de manera más rígida o más flexible, dependiendo de la dirección de la que provenga la fuerza.
Sin embargo, será necesario seguir investigando hasta que sea posible su aplicación industrial, por ejemplo como compuesto en la construcción ligera. Hasta ahora el equipo ha utilizado lignina excepcionalmente pura que se produce en una biorrefinería piloto en el Centro Fraunhofer de Procesos Químico-Biotecnológicos (CBP) de Leuna - todavía hay que investigar si el producto de desecho de la industria papelera también puede ser procesado directamente. Como muestra Lisa Ebers en su tesis doctoral, las características de la biosintética también pueden variar de muchas maneras, por ejemplo, mediante el procesamiento químico o la variación de los componentes: En los ensayos realizados hasta la fecha se ha utilizado lignina de hayas; si se obtiene de otras plantas tendrá características materiales ligeramente diferentes, como diferentes cristales líquidos, aunque todos ellos se basan en la celulosa. Las proporciones óptimas de cantidad también difieren según la aplicación prevista. Además, los investigadores pronto ensayarán un uso posible totalmente diferente: la calidad del suelo puede analizarse con la ayuda del material de base biológica. Esto se lleva a cabo estudiando la degradabilidad de la lignina y la celulosa en varios tipos de suelo.
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Publicación original
Gleuwitz, F.R./ Sivasankarapillai, G./ Siqueira, G./Friedrich, C./ Laborie, M.-P. G.; "Lignin in Bio-Based Liquid Crystalline Network Material with Potential for Direct Ink Writing"; Applied Bio Materials; 2020.
Gleuwitz, F.R./ Sivasankarapillai, G./Chen, Y./Friedrich, C./ Laborie, M.-P. G.; "Lignin-Assisted Stabilization of an Oriented Liquid Crystalline Cellulosic Mesophase, Part B: Toward the Molecular Origin and Mechanism"; Biomacromolecules; 2020, 21/6, S. 2276−2284.
Gleuwitz, F.R./Friedrich, C./Laborie, M.-P. G.; "Lignin-Assisted Stabilization of an Oriented Liquid Crystalline Cellulosic Mesophase, Part A: Observation of Microstructural and Mechanical Behavior"; Biomacromolecules; 2020; 21/3, S. 1069−1077.
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