Dai gusci di mandorla all’elettronica biodegradabile: la nuova frontiera dell’elettronica sostenibile
Uno studio della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa ha dimostrato come i gusci di mandorla possano essere trasformati in materiali per l’elettronica.
Questi sopno altamente conduttivi e biodegradabili per la realizzazione di sensori e circuiti elettronici. Questo risultato apre la strada a un nuovo paradigma per l’elettronica green, basato su materiali naturali, riciclati e a impatto zero.
Upcycling elettronico: quando lo scarto diventa risorsa tecnologica
La crescente necessità di soluzioni sostenibili nel settore dell’elettronica ha spinto la ricerca verso l’utilizzo di materiali bioderivati e biodegradabili. In questo contesto si inserisce il progetto LIGASH (Laser Induced Graphene from waste Almond Shells), coordinato dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, che ha portato alla trasformazione di gusci di mandorla in un materiale conduttivo innovativo.
Il team, guidato dal professore associato di bioingegneria Francesco Greco, ha ottenuto risultati pubblicati sulla rivista Advanced Functional Materials, dimostrando che da un rifiuto agroalimentare si possono generare circuiti e sensori biodegradabili, con applicazioni in ambito ambientale, medico ed elettronico flessibile.
La materia prima: perché proprio i gusci di mandorla?
I gusci di mandorla rappresentano una frazione importante degli scarti della filiera agroalimentare, spesso difficili da smaltire e privi di valore commerciale. La loro struttura è particolarmente ricca di lignina, un polimero organico contenente carbonio in alta concentrazione, ideale come precursore del grafene.
Grazie alla collaborazione con l’azienda DAMIANO Organics SpA, leader mondiale nelle mandorle biologiche, i ricercatori hanno potuto ottenere una quantità significativa di materiale di partenza, utile alla sperimentazione e caratterizzazione chimica preliminare.
Dal guscio al circuito: come si ottiene il grafene da biomasse
Il processo sfrutta una tecnologia nota come Laser Induced Graphene (LIG), in cui materiali organici ad alto contenuto di carbonio vengono irradiati con fasci laser ad alta energia per produrre una forma di grafene poroso. Nel caso specifico:
- I gusci di mandorla vengono essiccati, polverizzati e miscelati con chitosano, un biopolimero derivato dai crostacei, per ottenere un composito flessibile in forma di film.
- Il film viene quindi esposto a laser UV e IR per innescare la trasformazione termica in grafene conduttivo.
- Il risultato è un materiale adatto alla fabbricazione di elementi elettronici attivi: resistenze, condensatori e sensori.
Un materiale a impatto zero
Uno degli aspetti più innovativi del composito a base di guscio di mandorla è la sua completa biodegradabilità: nel suolo si degrada naturalmente entro 90 giorni, senza rilasciare microplastiche o residui tossici.
Applicazioni elettroniche: sensori, circuiti, materiali intelligenti
Il materiale ottenuto è stato testato nella costruzione di diversi componenti elettronici flessibili, tra cui:
- Sensori di umidità, utilizzabili per il monitoraggio ambientale e agricolo;
- Resistenze e capacità funzionali, elementi base per circuiti elettronici a basso consumo;
- Strutture circuitali interamente compostabili, pensate per dispositivi temporanei o monouso.
Secondo Yulia Steksova, dottoranda e prima autrice dello studio, “abbiamo scritto il LIG con due tipologie di laser. I materiali ottenuti sono stati impiegati con successo per realizzare circuiti e sensori, con risultati molto promettenti in termini di efficienza e integrabilità.”
Dal campo alla tecnologia: la filiera integrata dell’elettronica circolare
Uno degli aspetti più interessanti del progetto LIGASH è la sua visione circolare: tutto parte da un rifiuto agricolo e ritorna alla natura, senza generare rifiuti persistenti. Secondo Francesco Greco, “questa è una dimostrazione concreta di upcycling funzionale: trasformare ciò che non ha valore in una risorsa tecnologica.”
L’obiettivo a medio termine è lo sviluppo di sistemi sensoristici per il monitoraggio ambientale, in particolare per umidità dell’aria, qualità del suolo e delle acque, che possano degradarsi dopo l’uso senza necessità di recupero o smaltimento.
Una potenziale alternativa sostenibile alla pelle
Il composito guscio di mandorla-chitosano ha mostrato caratteristiche meccaniche e tattili simili alla pelle: flessibilità, resistenza alla trazione, cucibilità. Questo apre la strada a possibili impieghi anche in ambito tessile, moda sostenibile e design industriale, come alternativa ecocompatibile alla pelle animale o sintetica.
Prospettive future: 3D printing e nuovi scarti da valorizzare
Il progetto LIGASH non si ferma ai gusci di mandorla. Il team sta ora esplorando:
- l’utilizzo di altri scarti della frutta secca, come le pellicine di mandorla, gusci di nocciole, pistacchi e altri semi oleosi;
- la possibilità di adattare il materiale alla stampa 3D, per creare componenti personalizzati con geometrie complesse;
- l’integrazione con sensori intelligenti e reti IoT a bassa potenza.
Il potenziale applicativo è vastissimo, e l’approccio è replicabile in diverse filiere agricole, creando un ponte diretto tra agricoltura, bioeconomia e innovazione tecnologica.
Un modello di ricerca interdisciplinare
Alla base del progetto vi è un’integrazione scientifica tra bioingegneria e scienze agrarie, resa possibile dalla collaborazione tra:
- Istituto di BioRobotica (Scuola Sant’Anna), con il gruppo di Francesco Greco;
- Istituto di Produzioni Vegetali, con Luca Sebastiani e Alessandra Francini;
- Graz University of Technology e Istituto Italiano di Tecnologia, per il supporto sperimentale;
- DAMIANO Organics SpA, come partner industriale per l’approvvigionamento delle biomasse.
Secondo Sebastiani, “questa collaborazione dimostra come l’innovazione possa rendere sostenibile l’agricoltura, anche attraverso il riciclo creativo degli scarti.”
Un nuovo paradigma per l’elettronica sostenibile
Il progetto LIGASH rappresenta una delle più avanzate esperienze di convergenza tra scienze dei materiali, elettronica verde e sostenibilità. Dimostra che è possibile realizzare dispositivi elettronici completamente naturali, degradabili, a basso costo e con impatto ambientale nullo.
Non si tratta solo di una tecnologia, ma di un cambio di paradigma: pensare l’elettronica non come qualcosa di intrinsecamente inquinante, ma come una estensione della biomassa, capace di integrarsi nei cicli naturali.
Le ricadute potenziali vanno ben oltre i sensori: dai dispositivi medici temporanei agli imballaggi intelligenti, dalle fibre tessili elettroniche a nuove soluzioni per l’internet delle piante.
In un’epoca di transizione ecologica e digitale, soluzioni come quella sviluppata alla Scuola Superiore Sant’Anna indicano una direzione concreta verso un’elettronica progettata dalla natura, per la natura.