Il bambù è un materiale naturale con caratteristiche di resistenza, versatilità, sostenibilità
Il bambù è un materiale naturale le cui caratteristiche di resistenza, versatilità, leggerezza, sostenibilità e reperibilità, lo rendono particolarmente adatto ad essere utilizzato sia nell’architettura che nel design. Focus sulle fibre di bambù
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Argomenti trattati
Il potenziale stoccaggio di carbonio del bambù
Struttura del bambù e proprietà meccaniche.
I tessuti di bambù e la loro sostenibilità
La coltivazione del bambù avviene in foreste speciali, chiamate bambuseti.
I bambù sono tra le erbe perenni più forti e a crescita più rapida. Appartengono alla famiglia Poaceae e alla sottofamiglia Bambusoideae e si trovano in molte parti diverse del mondo. Esistono circa 1662 specie e sono concentrate principalmente in Asia, Sud America, Africa e Nord e Centro America.
Sebbene il bambù sia un'erba e spesso classificata come "legname povero" , la sua coltivazione può rappresentare una risposta ottimale all'attuale devastazione delle foreste tropicali e all'accresciuto allarme associato al riscaldamento globale, poiché i bambù possono essere utilizzati efficacemente per il sequestro del carbonio .
Il potenziale stoccaggio di carbonio del bambù
A causa della loro rapida crescita, i bambù legnosi giganti sono molto efficaci per assorbire l'anidride carbonica.
Gli studi sul carbonio totale dell'ecosistema (TEC) di alcune specie di bambù legnose mostrano che gli ecosistemi forestali di bambù possono immagazzinare tra 94 e 392 tonnellate di carbonio per ettaro (tC/ha): cioè, una quantità significativamente inferiore di carbonio rispetto agli ecosistemi forestali naturali (126– 699 tC/ha) ma simile agli ecosistemi delle piantagioni arboree (85–429 tC/ha) e più di prati o pascoli (70–237 tC/ha)
Quando si considera il ciclo di vita del carbonio, è importante considerare il carbonio immagazzinato nei prodotti legnosi raccolti oltre al carbonio immagazzinato nella pianta e nel suolo. Se raccolto e trasformato in prodotti durevoli, il bambù può anche:
- Conservare il carbonio per un lungo periodo di tempo in prodotti durevoli. Poiché il bambù è un'erba, non un albero, può essere raccolto entro tre o sette anni e ricresce rapidamente senza la necessità di ripiantare. Ciò significa che nel tempo il bambù può essere utilizzato per creare un gran numero di prodotti durevoli. Questo è un vantaggio rispetto a molte specie arboree, che richiedono molto più tempo per raggiungere la maturità e non ricrescono dopo la raccolta.
- "Evitare" o "sostituire" il carbonio sostituendo i materiali provenienti da fonti sostenibili con materiali di base bambù.
In pratica le piantagioni di bambù potrebbero essere una componente fondamentale nella transizione verso un'economia circolare, fornendo una valida alternativa biologica ai materiali del ciclo tecnologico non rinnovabili e ad alta intensità di carbonio.
La coltivazione del bambù in Europa potrebbe avere vantaggi economici ed ecologici. Le piantagioni di bambù non necessitano di molte cure e possono essere considerate più sostenibili di altre colture in quanto non richiedono l'uso di pesticidi. Nel clima europeo, una piantagione di bambù richiede 5–7 anni per raggiungere la maturità, rispetto ai 10–50 anni per la maggior parte delle specie legnose. Inoltre, la gestione del bambù è abbastanza economica in termini di fatica e costi, caratterizzata principalmente dal controllo delle erbe infestanti nei primi due anni, dall'aggiunta di fertilizzanti organici e dall'irrigazione. Inoltre potrebbe essere utilizzato per il fitorisanamento dei metalli pesanti, in competizione con altre colture come il pioppo e il salice.
Nota. Il fitorisanamento è una tecnologia naturale di bonifica dei suoli che utilizza alcune piante che sono in grado di fitoestrarre metalli pesanti e/o indurre la degradazione di composti organici in terreni contaminati.
In questo senso, il bambù può crescere bene in suoli degradati e marginali, stabilizzando il suolo, controllando l'erosione del suolo e trattenendo l'acqua, grazie alle sue estese radici fibrose e ai suoi sistemi di rizomi ed al fogliame denso.
E’ bene sottolineare che la diffusione del bambù avviene principalmente attraverso la crescita rizomale, per questo motivo la scelta dei siti di impianto deve considerare il terreno adiacente. Ad esempio, è necessario impedire al bambù di diffondersi in aree ecologicamente sensibili.
Certificazione del bambù come prodotto forestale non legnoso
Sulla base della crescente domanda del mercato di prodotti forestali certificati, gli schemi di certificazione FSC (Forest Stewardship Council) e PEFC (Programme for the Endorsement of Forest Certification) hanno incluso le foreste di bambù e prodotti di bambù nei loro standard. L'obiettivo è confermare che i prodotti di bambù certificati vengono raccolti e prodotti in modo sostenibile.
Proprietà del bambù
Insieme alla sostenibilità, la sua resistenza è tra le caratteristiche più importanti della pianta di bambù.
La pianta di bambù è costituita da un culmo, il quale si presenta generalmente con una sezione circolare cava, pareti e diametri variabili secondo la specie di appartenenza e da una serie di internodi separati dai nodi, degli ingrossamenti costituiti da un diaframma trasversale. Quest’ultimo interrompe lo sviluppo dell’asta migliorandone la resistenza meccanica e la capacità di flettersi in presenza di vento senza subire danni.
I culmi si possono dividere in uno strato esterno, l’epidermide, e uno più interno, l’area fibro-vascolare, quest’ultima composta da:
- fibre di cellulosa (40%),
- fibre vascolari (10%) e
- tessuto parenchimatico (50%)
Il bambù quindi risulta essere un materiale composito naturale.
Struttura del bambù e proprietà meccaniche.
Il bambù è un materiale cellulare gerarchico naturale che ha buone proprietà meccaniche, inclusa la resistenza alla trazione e alla flessione, lungo la direzione della fibra.
Poiché il bambù è un composito naturale classificato funzionalmente, le interfacce tra i suoi diversi ingredienti, comprese le fibre, le cellule del parenchima e la matrice di lignina, possono avere un impatto significativo sulle sue proprietà meccaniche.
La microstruttura gerarchica del bambù deriva dai fasci vascolari nella matrice del parenchima circondati da fibre di cellulosa di supporto. Queste fibre forniscono le principali proprietà meccaniche del bambù. Inoltre, le fibre di cellulosa fungono da rinforzo per rafforzare la matrice di lignina, in modo simile ai compositi a matrice polimerica rinforzata con fibre. Questa struttura crea le regioni cristalline e amorfe all'interno della microstruttura del bambù dove catene lineari di glucosio con legami idrogeno formano le regioni cristalline mentre legami idrogeno irregolari creano regioni amorfe.
Morfologia del bambù (fonte architettura ecosostenibile)
Struttura gerarchica del bambù. I fasci vascolari nella matrice del parenchima sono circondati da fibre di supporto note per essere la fonte di notevoli proprietà meccaniche del bambù. Le fibre di bambù hanno una struttura gerarchica in cui le microfibrille di cellulosa rinforzano la matrice intrecciata di emicellulosa-lignina. Catene lineari di glucosio con legami idrogeno ordinati formano le regioni cristalline delle microfibrille mentre legami idrogeno irregolari creano le regioni amorfe. La sezione trasversale di queste microfibrille è rettangolare o esagonale (fonte Nature). Clicca sull’immagine per ingrandire
Il bambù ha proprietà meccaniche più elevate lungo la direzione della fibra che attraverso di essa.
Le proprietà microstrutturali uniche del bambù naturale rispetto alle sue proprietà meccaniche lo rendono un materiale rinnovabile adatto per compositi in applicazioni ad alte prestazioni.
Viene ampiamente utilizzato per la realizzazione parquet e per prodotti in bambù lamellare in genere con resistenza superiore alla media.
Si usa nella produzione di mobili, sia da esterno che da interno, per costruire tavoli e sedie molto resistenti all’intemperie, anche in ambienti particolarmente umidi e piovosi.
Ridotto in polpa il bambù può essere utilizzato per fabbricare carta oppure tessuti.
Alcune specie di bambù come il Madake permettono anche la realizzazione di strumenti musicali ed oggetti di design.
La fibra di bambù
i tessuti ricavati dalla fibra di bambù sono più resistenti del cotone, possiedono proprietà anti-microbiche e contribuiscono a mantenere la temperatura corporea ad un giusto livello.
I compositi di fibre vegetali naturali sono stati sviluppati per la produzione di una varietà di prodotti industriali, con vantaggi tra cui la biodegradabilità e la protezione ambientale. I materiali in fibra di bambù sono interessanti se utilizzati nei compositi polimerici e possono essere paragonati alle fibre di vetro.
Esistono tre tipi principali di procedure: estrazione meccanica, chimica e combinata meccanica e chimica.
Le fibre estratte avranno proprietà differenti in funzione al metodo di estrazione.
I metodi di estrazione meccanica sono più ecologici dei metodi chimici e l'esplosione di vapore e i metodi chimici influiscono in modo significativo sulla microstruttura delle fibre di bambù.
Metodi di estrazione meccanica
Steam Explosion Method. E’ un metodo a basso consumo energetico e si ottengono delle fibre rigide e scure .
L'esplosione di vapore è un tipo di processo termomeccanico. Ad alta pressione, il vapore penetra nella fibra di cellulosa per diffusione e quando la pressione si rilascia improvvisamente, crea forza di taglio, idrolizza i legami glicosidici e idrogeno e porta alla formazione di nanofibre. Questo metodo è stato introdotto nel 1927 per defibrillare il legno in fibra per la produzione di pannelli. Questo è adatto a rimuovere completamente il contenuto di lignina dalle fibre di bambù. Si ottiene un cotone di fibra di bambù.
Frantumazione. Il bambù grezzo viene prima tagliato in piccoli pezzi da un frantoio a rulli. Quindi le fibre grossolane vengono estratte da piccoli pezzi di bambù mediante un rullo a spillo. Segue la bollitura delle fibre per rimuovere il grasso e successivamente asciugate in un essiccatore. Il problema principale di questo processo è che produce solo fibre corte e, con una lavorazione meccanica eccessiva, diventa polvere.
Macinazione. Il culmo di bambù senza nodi viene spezzettato e poi immerso in acqua per 24 ore. Quindi le strisce più larghe vengono fatte passare attraverso un estrusore e lunghe strisce di bambù e poi ridotte in trucioli. Segue la macinazione per ottenere fibre di bambù corte. Utilizzando diversi setacci con varie aperture, le fibre sono separate per dimensione.
Rolling mill. Ci sono diversi metodi. Sostanzialmente le strioline di bambù vengono ammorbidite in condizioni umide per ammorbidire il contenuto di lignina e poi le fibre vengono quindi fatte passare attraverso il rullo. La lunghezza delle fibre estratte variava da 30 a 60 cm.
Macerazione. La macerazione può essere aerobica oppure anaerobica. Con questo metodo è possibile ottenere delle fibre molto lunghe.
Metodi di estrazione chimica
I metodi di estrazione chimica come la macerazione chimica e la macerazione alcalina o acida vengono utilizzati per rimuovere o ridurre il contenuto di lignina dalle fibre. Questi metodi di estrazione chimica hanno effetti anche su altri componenti delle fibre come la pectina e le emicellulose.
Macerazione chimica. La procedura di macerazione chimica assistita naturale (CAN) serve a ridurre il contenuto di lignina e acqua nelle fibre. Le fibre separate manualmente vengono immerse in una soluzione di Zn(NO3)2. In altri casi si utilizzano altri prodotti chimici come il silicato di sodio. In ogni caso si ottiene una fibra adatta a rinforzare un composito.
Macerazione alcalina oppure acida. Il bambù è trattato a caldo con una soluzione di NaOH. Successivamente le fibre vengono lavate, separate e essiccate. Un processo simile può essere fatto in ambiente acido.
Lo sviluppo di compositi rinforzati con fibre di bambù e tecniche di fabbricazione dell'adesione interfacciale deve considerare il tipo di matrice, la microstruttura del bambù e i metodi di estrazione delle fibre.
I metodi di estrazione meccanica sono più ecologici dei metodi chimici.
I tessuti di bambù e la loro sostenibilità
Il bamboo (o bambù) può essere trasformato in una viscosa artificiale da cui si potrà creare un filato e successivamente un tessuto con cui realizzare indumenti in bambù.
La creazione della fibra tessile di bamboo avviene miscelando la cellulosa di bamboo con diverse sostanze chimiche/sintetiche, è quindi sbagliato definirla una fibra naturale come cotone, lana, canapa, e lino, poiché il bamboo è una fibra artificiale.
La produzione della viscosa inizia con l'estrazione della cellulosa che prevede l’utilizzo di diverse sostanze chimiche.
Per produrre un tessuto indossabile, la cellulosa estratta viene compressa in fogli, esposta al disolfuro di carbonio e filtrata. Viene quindi spinto attraverso una filiera, che trasforma la cellulosa in fili. Questi fili vengono immersi in una vasca di acido solforico per creare filamenti e questi filamenti vengono quindi filati in un filo che può essere tessuto in tessuto.
Può essere adottato un processo a ciclo chiuso che riduce l’impatto ambientale del processo.
Tessuto di bambù di altissima qualità è realizzato con pratiche produttive che non estraggono cellulosa. Invece, un enzima naturale viene utilizzato sulle fibre di legno di bambù frantumate e queste fibre vengono quindi lavate e filate in filato. Questo filato di solito ha una trama setosa e il tessuto realizzato con questo processo è talvolta chiamato lino di bambù.
Quando il tessuto di bambù è realizzato con questo metodo, non è dannoso per l'ambiente e il tessuto risultante è resistente e duraturo.
Emanuela Lombardo, An overview of bamboo cultivation in Southern Italy, Advances in Bamboo Science, vol. 1, 2022, 100002
King, C., Lugt, P., Long, T., Yanxia, L., 2021. Integration of bamboo forestry into carbon market. Policy Brief, INBAR.
Javadian et al., Mechanical Properties of Bamboo Through Measurement of Culm Physical Properties for Composite Fabrication of Structural Concrete Reinforcement, Front. Mater., 13 February 2019, Sec. Mechanics of Materials
Youssefian, S., Rahbar, N. Molecular Origin of Strength and Stiffness in Bamboo Fibrils. Sci Rep 5, 11116 (2015).
Architettura ecosostenibile, Come mai il bambù è cosi resistente?
Subash S. et al., A Review on Extraction of Bamboo Fibres and Its Properties, International Journal of Advanced Chemical Science and Applications (IJACSA), Volume 5, Issue 2, 2017, pg. 22
Sewport Support Team , What is Bamboo Fabric: Properties, How its Made and Where
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