di Carlo SANTULLI*, Cristiano FRAGASSA**, Danilo NIKOLIC***
L'uso sostenibile di fonti di carbonato e fosfato di calcio derivanti dai rifiuti alimentari rappresenta un campo di ricerca in espansione, che mira a ridurre l'impatto ambientale dell'industria dei materiali e a valorizzare i rifiuti organici. Questo approccio sfrutta i rifiuti provenienti dall'industria alimentare, quali gusci di lumaca, conchiglie di vongole, cozze ed ostriche, gusci d'uovo e ossa di seppia, come fonti biogeniche di carbonato di calcio, trasformandoli in materiali utili per diverse applicazioni, dalla produzione di cemento alla modifica delle proprietà dei compositi polimerici e allo sviluppo di biomateriali susseguentemente alla trasformazione in idrossiapatite.
Il carbonato di calcio biogenico offre vantaggi significativi rispetto a quello estratto da fonti minerali, grazie alle sue proprietà uniche derivanti dai processi di autoassemblaggio biologico, ottimizzati dalla natura per ogni specie. Questi materiali biomimetici imitano i processi naturali, migliorando le proprietà dei materiali, come la finitura superficiale, la reologia, la durezza, la tenacità e la resistenza agli impatti. Il valore aggiunto di questi materiali deriva non solo dalla loro sostenibilità ma anche dalle migliorate prestazioni tecniche che possono offrire.
Una sfida rilevante in questo campo è la sostituzione efficace del carbonato di calcio estratto con quello biogenico, tenendo conto delle caratteristiche specifiche di ogni fonte di rifiuto, come la granulometria, i polimorfi (calcite o aragonite), e i modelli microscopici gerarchici. Questi dettagli sono essenziali per ottimizzare l'uso del carbonato di calcio biogenico, sfruttando al meglio i suoi benefici sia in termini ambientali che funzionali.
La ricerca ha dimostrato che le dimensioni delle particelle, l'adesione interfacciale e i modelli microscopici gerarchici del carbonato di calcio biogenico influenzano significativamente le proprietà meccaniche dei materiali compositi, come la resistenza, la rigidità e la tenacità. Questi aspetti sono cruciali per lo sviluppo di materiali che non siano non soltanto sostenibili, ma anche capaci di eguagliare o superare le prestazioni dei materiali tradizionali.
Per esempio, l'aggiunta di carbonato di calcio derivato da gusci d'uovo a compositi polimerici può migliorare la resistenza agli impatti e la durezza, grazie alla particolare morfologia e composizione chimica dei gusci. Analogamente, l'uso di conchiglie di molluschi, ricche di aragonite, offre opportunità uniche per la creazione di compositi con proprietà meccaniche migliorate, sfruttando le strutture gerarchiche naturali che queste conchiglie presentano.
Inoltre, la trasformazione del carbonato di calcio in fosfato di calcio per applicazioni biomateriali apre nuove frontiere nella medicina rigenerativa, offrendo alternative sostenibili per la sostituzione e la riparazione di tessuti duri, come ossa e denti. Questi materiali biomimetici non solo emulano la composizione e la struttura dei tessuti naturali ma promuovono anche la rigenerazione e l'integrazione con il tessuto ospite.
In conclusione, l'approccio biomimetico alla valorizzazione dei rifiuti alimentari per la produzione di carbonato di calcio e fosfato biogenico rappresenta una strategia promettente per lo sviluppo di materiali sostenibili e ad alte prestazioni. Questa ricerca sottolinea l'importanza di un approccio olistico e riflessivo nello sfruttamento delle risorse rinnovabili e nella riduzione dell'impatto ambientale dell'industria dei materiali, guidandola verso pratiche di produzione più sostenibili e responsabili.
Lo studio è stato effettuato all’interno del progetto ‘SEA.COMP' sull’utilizzo degli scarti di origine marina per la produzione di compositi ecosostenibili, un intervento cofinanziato dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale (MAECI). Ulteriori dettagli disponibili in https://doi.org/10.3390/ma17040843
*Professore Associato, Università di Camerino
**Ricercatore, Università di Bologna
***Professore Ordinario, Università del Montenegro
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21 febbraio 2024
