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Il Laboratorio dei prodotti forestali sta analizzando una sostanza fogliareWoodview Media

Prodotti forestali: scienza e sostenibilità

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Le preziose foreste americane sono ricche di risorse che contribuiscono al benessere della società. Oltre a offrire alla popolazione locale e ai turisti un luogo dove fare escursioni e rilassarsi, le aree boschive forniscono materie prime quali materiali da costruzione, carta, imballaggi e legname per abitazioni ed edifici commerciali. In alcuni casi, i prodotti forestali possono essere utilizzati anche in integratori alimentari e medicinali, nonché come carburante per i veicoli. In poche parole, gli stili di vita contemporanei dipendono totalmente dalle foreste e dalle loro numerose risorse.

Naturalmente, un uso efficiente delle risorse forestali richiede che si presti particolare attenzione alle questioni relative alla sostenibilità e alla conservazione. Il Forest Products Laboratory (FPL) – con sede a Madison, nel Wisconsin – è uno dei numerosi centri di ricerca che promuovono pratiche responsabili nel settore forestale.

In collaborazione con altre agenzie governative e aziende pubbliche e private, la FPL studia come continuare a produrre prodotti forestali essenziali, garantendo al contempo la protezione contro gli incendi boschivi, le specie invasive e altre problematiche legate al cambiamento climatico.

In questo articolo vedremo quali tipi di prodotti la FPL sta attualmente studiando e in che modo sta aprendo la strada a un approccio alla silvicoltura incentrato sulla scienza. Le principali aree di ricerca includono:

Compositi avanzati

I compositi di legno sono materiali prodotti utilizzando una vasta gamma di materie prime forestali, quali fibre legnose, trucioli di legno, scarti di legno e biofibre naturali come la paglia di mais e le piume di pollame. I compositi di legno possono contribuire a ridurre la produzione di rifiuti e a migliorare l'efficienza economica dei progetti di riforestazione.

L'FPL continua a sperimentare nuovi metodi di produzione di materiali compositi, molti dei quali trovano impiego nell'arredamento domestico e in grandi progetti edilizi. Più precisamente, i compositi avanzati vengono spesso utilizzati per i rivestimenti interni e per le strutture portanti impiegate nella costruzione di nuovi edifici. Oltre a contribuire alla tutela delle foreste e alla riduzione dei rifiuti, il legno composito è leggero, resistente, economico e facile da lavorare. In futuro, l'FPL spera di progettare compositi che offrano una durata e una praticità d'uso ancora maggiori.

Strutture avanzate

Le strutture avanzate sono prodotti in legno comunemente utilizzati nelle abitazioni private, negli edifici commerciali e nelle infrastrutture di trasporto. In genere, questi prodotti offrono resistenza, un design all'avanguardia, controllo dell'umidità e un'ampia gamma di rivestimenti e finiture.

Il legno è utilizzato da millenni come materiale da costruzione fondamentale grazie alla sua resistenza e al suo costo accessibile. È interessante notare che le strutture in legno di nuova generazione possono persino contribuire a contrastare il cambiamento climatico grazie alla loro riciclabilità e alla capacità di immagazzinare carbonio. Di conseguenza, il legno ha un impatto ambientale inferiore rispetto all’acciaio e al cemento. Considerati i chiari vantaggi del legno, la FPL continua a studiare modi per migliorarne l’efficienza e la sostenibilità.

Bioraffineria forestale

Le aree boschive rappresentano alcune delle fonti più ricche al mondo di sostanze chimiche e combustibili di origine biologica. Inoltre, a differenza di altre fonti di sottoprodotti biologici, come il mais e il riso, non richiedono l’uso di pesticidi o fertilizzanti. Per questo motivo, la FPL si impegna a studiare come migliorare le tecnologie di bioraffineria per produrre sostanze chimiche e combustibili di valore destinati al settore dei trasporti.

Attualmente, i prodotti biologici vengono ottenuti idrolizzando il legno per ricavarne zuccheri. Questi zuccheri vengono poi sottoposti a fermentazione per produrre etanolo o altre sostanze fermentate. L'FPL sta studiando nuovi metodi per modificare il DNA del lievito al fine di aumentare la quantità di etanolo prodotta durante questo processo.

Sotto molti aspetti, questa ricerca non poteva arrivare in un momento migliore. Man mano che le aree boschive si riempiono di alberi troppo fitti e di residui forestali, si presentano nuove opportunità per ripulire le foreste e soddisfare un fabbisogno sempre crescente di combustibili alternativi. Tuttavia, la raccolta della biomassa per la produzione di sostanze chimiche e combustibili è costosa e richiede molto tempo. Per questo motivo, dobbiamo trovare metodi più convenienti per rimuovere la biomassa dalle foreste.

Nanotecnologia

La nanotecnologia rappresenta un settore all'avanguardia nell'ambito delle discipline scientifiche e tecnologiche. In linea di massima, si riferisce allo studio e alla manipolazione della materia su scala molecolare e atomica. Per dare un'idea della grandezza, un nanometro equivale a un miliardesimo di metro.

In che modo la nanotecnologia si collega alla silvicoltura e ai prodotti del legno? Ebbene, gli scienziati stanno attualmente conducendo ricerche e sviluppando materiali e sistemi legati al legno che presentano proprietà chimiche, fisiche e biologiche diverse rispetto ai materiali che si trovano su scala più ampia. I ricercatori dell'FPL, ad esempio, stanno conducendo studi su scala nanometrica per esplorare componenti del legno finora poco studiati.

La nostra crescente capacità di studiare e manipolare i materiali su scala così ridotta è fonte di grande entusiasmo per i ricercatori dei settori dell'ingegneria e della tecnologia. I nanomateriali potrebbero essere aggiunti a qualsiasi prodotto, dal cemento ai tessuti, per aumentarne la durata e la sostenibilità. In alcuni casi, potrebbero persino essere utilizzati per produrre materiali resistenti al calore. Più specificamente, la nanocellulosa offre un potenziale promettente come sostituto economico dei materiali non rinnovabili in quasi tutti i settori manifatturieri.

Biomassa legnosa

Negli ultimi anni si è registrata negli Stati Uniti una tendenza allarmante, caratterizzata da un numero crescente di incendi boschivi di grande intensità. Una delle ragioni di questo aumento è legata al fatto che le foreste statunitensi contengono notevoli quantità di materiale legnoso sottoutilizzato e di piccolo diametro. Queste foreste troppo fitte aumentano il rischio di insorgenza di incendi. Inoltre, sono soggette a infestazioni e malattie.

Qual è la soluzione a questo grave problema? Tradizionalmente, le foreste vengono diradate per ridurre il rischio di incendi e mantenerle in buona salute. Tuttavia, questo processo è relativamente costoso e potrebbe superare il valore dei prodotti forestali raccolti durante l'operazione di diradamento.

Pertanto, l'FPL sta studiando i modi migliori per utilizzare i sottoprodotti del diradamento, aiutando le comunità locali minacciate dagli incendi boschivi a sfruttare al meglio la biomassa legnosa. Attualmente, l'FPL sta valutando la possibilità di utilizzare il legno di piccolo diametro nella realizzazione di grandi strutture quali capannoni, ponti, sentieri, aree attrezzate per picnic e altri edifici che possano trarre vantaggio da un aspetto rustico.

Prodotti forestali = Cambiamento positivo

Esistono numerosi modi innovativi in cui le comunità e le imprese possono utilizzare il legno e i sottoprodotti forestali. In futuro, il settore si orienterà probabilmente verso processi ancora più sostenibili, con l'obiettivo di aiutare le aziende e le comunità ad acquisire una maggiore consapevolezza ecologica e ad avere un impatto più positivo sul cambiamento climatico.

 

Prodotto in legno trasparente

Da Windows ai dispositivi indossabili: l'innovazione nei prodotti in legno

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https://www.usda.gov/media/blog/2020/10/01/transparent-wood-could-be-window-future

Sebbene i prodotti in legno siano utilizzati dall'umanità da millenni, i ricercatori stanno scoprendo di recente nuovi ed entusiasmanti modi in cui questo materiale può essere impiegato per promuovere la sostenibilità. Il settore dei prodotti forestali accoglie con favore queste nuove interessanti opportunità per i prodotti in legno, in particolare per i suoi residui legnosi come segatura, corteccia e trucioli. I residui legnosi provengono dalle cime e dai rami degli alberi abbattuti, dal diradamento dei boschi, dai tronchi di bassa qualità, dalle attività delle segherie e dalla cippatura del legno riciclato, compreso il materiale dei pallet a fine vita.

I residui legnosi vengono utilizzati per vari scopi, tra cui pacciamatura, ammendanti per il terreno, materiale di rivestimento per parchi giochi, combustibile per caldaie, pellet, nonché fibra per la produzione di pasta di cellulosa e pannelli strutturali come l'OSB. La domanda in molti segmenti di mercato è solida. In alcuni casi, infatti, è in forte espansione! Il COVID-19 ha contribuito a dare una"spinta in più"ai prodotti derivati dai residui legnosi destinati ai consumatori, comeil pacciame per il giardinaggio e i pellet per il riscaldamento domestico, poiché le persone hanno trascorso più tempo a casa e hanno investito in progetti di ristrutturazione.

Altri segmenti di mercato possono rivelarsi più instabili. Una delle principali sfide che devono affrontare i produttori di articoli in legno è che il trasporto della fibra di legno su lunghe distanze non è economicamente sostenibile a causa del suo scarso valore. In linea di massima, si ritiene che non sia redditizio trasportare trucioli e segatura per distanze superiori a 100 miglia.

Per questo motivo, i mercati delle fibre di legno tendono ad essere fortemente localizzati, in funzione della domanda locale di prodotti a base di fibre. Se i produttori di legno di una determinata zona dipendono da un grande acquirente locale di scarti, come ad esempio un impianto di produzione di pasta di cellulosa e carta, e tale fonte locale viene a mancare, le aziende possono trovarsi in difficoltà nel cercare un nuovo sbocco commerciale.

Una sfida particolare è stata rappresentata dalla chiusura degli stabilimenti di produzione di pasta di cellulosa e carta. Per quanto riguarda il mercato della carta da giornale, stiamo assistendo a un calo della domanda, poiché le persone si orientano sempre più verso i media digitali. Nel 2019, la domanda globaledi carta da giornale è crollata del 13% rispetto all'anno precedente. Nel 2020,la domanda di carta da giornale in Europa ha registrato un drastico calo del 20,5%.

Data la rilevanza di tale calo, sarà fondamentale per il settore forestale individuare nuovi mercati per i propri residui legnosi. Un ambito in cui si registrano attività di ricerca e investimenti intensi è quello dei bioprodotti, una categoria in rapida crescita che comprende sostanze biochimiche, biomateriali e bioenergia.

Isolamento in legno per edifici

Il mercato europeo dell'isolamento domestico in fibra di legno vale 700 milioni di dollari, è sostenuto da 15 impianti di produzione e offre prodotti isolanti con un'impronta di carbonio notevolmente inferiore rispetto alle alternative. Sebbene la linea di prodotti vanti una comprovata esperienza in Europa che risale a oltre 15 anni fa, non è mai stata prodotta negli Stati Uniti. Questa situazione sta per cambiare, con un nuovo impianto di produzione di isolanti in fibra di legno che dovrebbe avviare la produzione nel 2022.

Le attrezzature per il nuovo stabilimento produttivo nel Maine sono arrivate dalla Germania. Lo stabilimento, che a regime darà lavoro a un massimo di 130 dipendenti, è stato ricavato da un impianto di produzione di cellulosa e carta ormai in disuso. Utilizzerà residui legnosi come materia prima, creando così un mercato redditizio per tale materiale.

Lo stabilimento produrrà tre tipi di prodotti: pannelli isolanti, pannelli in rotoli e fibra di legno sfusa. Secondo il produttore, l'impronta di carbonio dei pannelli isolanti in legno è quattro volte inferiore a quella dei pannelli in schiuma plastica e sette volte inferiore a quella dei pannelli in lana minerale, i loro principali concorrenti. Per quanto riguarda i rotoli, l'impronta di carbonio è cinque volte inferiore a quella della fibra di vetro e sette volte inferiore a quella della lana minerale. Altre caratteristiche positive degne di nota sono il fatto che i prodotti non trattengono l'umidità e possono essere riciclati senza attrezzature specializzate. Sono inoltre atossici e biodegradabili.

Abbigliamento in fibra di legno

Un'azienda con sede in Finlandia sta sviluppando alternative più sostenibili ai materiali in fibra come il cotone e il rayon, la cui lavorazione richiede l'uso di sostanze chimiche che, a loro volta, possono causare l'inquinamento idrico e problemi di salute per i lavoratori.

Il processo produttivo dell'azienda trasforma il legno, compresa la biomassa, in un materiale chiamato cellulosa microfibrillata, che a sua volta può essere utilizzato per realizzare capi di abbigliamento ecologici. L'unico sottoprodotto della produzione è l'acqua evaporata, e il processo ne consuma una quantità molto inferiore rispetto a quella necessaria per la produzione del cotone. L'azienda ha recentemente avviato una joint venture al 50% per costruire un impianto da 61 milioni di dollari per la produzione di tessuti per abbigliamento a partire dalla polpa di legno, la cui apertura è prevista per il 2022.

Legno trasparente

Il vetro è comunemente utilizzato per le finestre, ma gli esperti sottolineano che ciò comporta un costo economico e ambientale non indifferente. La regolazione della temperatura degli edifici rappresenta il 14% del consumo di energia primaria negli Stati Uniti, e un quarto di questa energia va persa a causa dell'inefficienza delle finestre in vetro durante la stagione fredda.

Le finestre in legno trasparente, invece, vantano una conducibilità termica oltre cinque volte inferiore a quella del vetro e una resistenza tre volte superiore. I primi tentativi di realizzare legno trasparente prevedevano la rimozione della lignina mediante l'uso di sostanze chimiche tossiche e alte temperature, ma si trattava di un processo costoso e il prodotto ottenuto era fragile.

I ricercatori hanno tuttavia messo a punto un nuovo metodo economico ed efficace per produrre legno trasparente. Un sottile strato di legno tagliato a rotazione può essere trattato con una soluzione di perossido di idrogeno e, dopo un'ora al sole o sotto una lampada UV, il perossido ne sbianca il colore lasciando però intatta la lignina e rendendo il legno trasparente. Sebbene questa tecnologia non sia ancora stata commercializzata, i ricercatori ritengono che abbia un grande potenziale come nuovo materiale da costruzione.

Proseguono le ricerche volte allo sviluppo di innovazioni a base di cellulosa che garantiscano un'impronta di carbonio inferiore rispetto ai prodotti esistenti, senza comprometterne le prestazioni. Alcuni di questi prodotti offrono la possibilità di valorizzare meglio i residui legnosi, sottolineando al contempo l'importanza delle nostre risorse forestali.

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