Il legno deve la sua struttura alla lignina: un polimero organico complesso e tridimensionale, presente nella parete cellulare delle piante legnose assieme a emicellulosa e cellulosa. Nonostante sia uno dei principali biopolimeri presenti nella biosfera, la lignina costituisce lo scarto dei processi di estrazione della cellulosa da cui vengono prodotti carta e imballaggi e ha scarso valore industriale.
Eppure, nuove prospettive si stanno aprendo per questo interessante biomateriale. Nei laboratori dell’Istituto per scienze e tecnologie dei plasmi del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bari (Cnr-Istp) si lavora da anni sulle potenzialità applicative di materiali ricavati dal riciclo dei rifiuti per rispondere alla crescente richiesta di miniaturizzazione dei dispositivi, tra cui microbatterie, sensori ambientali e medicali attraverso circuiti strutturati come dita intrecciate, o interdigitati, di dimensioni microscopiche.
LABORATORI – La lignina è entrata nei laboratori del Cnr-Istp nel 2023, grazie a una collaborazione nata dopo il meeting autunnale della Materials research society europea (E-MRS) di Varsavia dove è stata progettata la ricerca dai gruppi del Cnr-Istp (dr. Marianna Ambrico, dr. Paolo Francesco Ambrico, dr. Domenico Aceto), del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Pisa (UNIPI, prof. Alessandra Operamolla, dr. Rosarita D’Orsi) e Dipartimento di Fisica dell’Università di Salerno (UNISA prof. Antonio Di Bartolomeo, dr. Ofelia Durante, dr. Sebastiano De Stefano). La complessa struttura chimica della lignina è stata analizzata da UNIPI che vanta competenze di eccellenza nella caratterizzazione chimico-fisica dei biopolimeri, correlandola ai processi di estrazione che le lignine avevano subito in collaborazione con l’Università di Vigo (Dr. Sandra Rivas).
MICRO-DISPOSITIVI – Al Cnr-Istp i micro- dispositivi sono stati realizzati utilizzando soluzioni contenenti ciascuna delle tre lignine. Le analisi condotte parallelamente con UNISA e l’Istituto Superconduttori, Materiali Innovativi e Dispositivi del CNR (CNR-SPIN, Dr. Nadia Martucciello e Dr. Filippo Giubileo) hanno evidenziato proprietà conduttive controllabili su scala micrometrica, con applicazioni potenziali in diversi ambiti. Tra i risultati più interessanti, la capacità di memorizzare quasi permanentemente segnali di tensione, caratteristica finora riservata a materiali non sostenibili per l’ambiente. La complessa chimica delle lignine è soprattutto responsabile dell’elevata capacità elettrica dei dispositivi, in quanto in grado di accumulare cariche e quantità di energia significative in volumi di materiale attivo di dimensioni micrometriche. Da qui nasce la proposta di sviluppare microsupercapacitori a base di lignina per una sinergia innovativa tra chimica e sostenibilità. I microsupercapacitori sono capaci di immagazzinare grandi quantità di carica elettrica. A differenza delle batterie tradizionali, essi vantano tempi di ricarica estremamente rapidi, lunga durata ciclica e alta densità di potenza, risultando ideali per applicazioni in elettronica miniaturizzata, sensori, dispositivi biomedicali e tecnologie indossabili.
PUBBLICAZIONI INTERNAZIONALI – L’interesse della comunità scientifica non si è fatto attendere: le tre pubblicazioni su prestigiose riviste internazionali di scienza dei materiali che racchiudono i risultati della collaborazione sono state accolte con recensioni positive e citazioni su riviste specializzate. È ormai aperta la sfida tra le diverse lignine per conquistare il ruolo di materia prima d’eccellenza nei microsupercapacitori e oltre.