L’industria delle plastiche è in piena trasformazione. La pressione per sostituire i materiali derivati dal petrolio con alternative sostenibili cresce costantemente, ma la sostenibilità da sola non basta. I nuovi materiali devono offrire anche vantaggi funzionali. È proprio questa la missione del progetto faro SUBI²MA, che riunisce sei istituti Fraunhofer per accelerare lo sviluppo di polimeri e materiali ibridi bio-based con prestazioni superiori. Il progetto si concentra su tre grandi obiettivi: evoluzione di nuovi materiali bio-based, sviluppo di bioibridi e digitalizzazione del processo di sviluppo.
Caramide: un poliammide bio-based dalle prestazioni uniche
Al centro della ricerca sui materiali bio-based c’è Caramide, una nuova poliammide interamente ricavata dal 3-carene, un terpene abbondante come sottoprodotto della lavorazione della cellulosa. Grazie alla sua struttura chimica, Caramide mostra proprietà termiche e meccaniche fuori dal comune, risultando ideale per applicazioni che spaziano dall’ingegneria meccanica al vetro di sicurezza, dai pannelli leggeri alle schiume, dai tessuti protettivi fino alle suture chirurgiche.
Durante il progetto, i ricercatori hanno ottimizzato due varianti principali:
- Caramid-S®, con struttura parzialmente cristallina, perfetto per fibre;
- Caramid-R®, di natura amorfa, ideale per schiume e materiali trasparenti.
Un ulteriore vantaggio deriva dalla chiralità delle molecole, che permette di modulare con precisione le proprietà del materiale. Questo apre prospettive particolarmente interessanti in ambito medico e sensoristico. Come sottolinea Paul Stockmann del Fraunhofer IGB: “non è solo una questione di sostenibilità: i Caramidi bio-based offrono prestazioni migliori rispetto ai materiali fossili”.
Bioibridi: la natura che potenzia i materiali tradizionali
Il secondo pilastro del progetto riguarda i materiali bioibridi, ossia la combinazione di polimeri tradizionali con biomolecole funzionali. L’integrazione di proteine o enzimi consente di conferire nuove caratteristiche:
- additivi biodegradabili per accelerare la degradazione del PET;
- biosensori innovativi per applicazioni diagnostiche;
- superfici idrorepellenti ottenute senza sostanze dannose come i PFAS, utili per abbigliamento tecnico, dispositivi medici e dispositivi di sicurezza.
“Grazie a specifiche proteine possiamo modificare le superfici rendendole idrorepellenti in modo naturale e sostenibile”, spiega Ruben Rosencrantz del Fraunhofer IAP.
Accelerare lo sviluppo con il digitale
Tradizionalmente, lo sviluppo di nuovi materiali richiede anni di prove ed errori. SUBI²MA vuole rivoluzionare questo processo introducendo una catena del valore digitale: simulazioni e metodi data-driven consentono di prevedere in anticipo prestazioni e sostenibilità, riducendo drasticamente i tempi.
Come spiega Frank Huberth del Fraunhofer IWM: “le simulazioni ci permettono di valutare profili di proprietà e impatto ambientale già nelle fasi iniziali”. Inoltre, l’uso di dimostratori digitali – per tessuti protettivi o pneumatici – consente di saltare passaggi complessi di prototipazione fisica, velocizzando il percorso verso l’applicazione reale.
Dalla ricerca al mercato
La forza del progetto risiede nella collaborazione interdisciplinare tra i sei istituti Fraunhofer coinvolti (IGB, IAP, IWM, ITWM, LBF, ICT) e un partner esterno. Questo lavoro di squadra ha permesso di superare ostacoli chiave, come la scalabilità della sintesi: i monomeri sono ora prodotti su scala chilogrammi, un traguardo cruciale per i test industriali.
Con il recente incremento dei finanziamenti, è stato possibile avviare ulteriori dimostratori e avviare collaborazioni dirette con l’industria. A breve, i monomeri saranno forniti a un partner industriale per la lavorazione in applicazioni specifiche. “Questo è il passo decisivo per portare i Caramidi verso la maturità di mercato”, conclude Stockmann.
Il progetto SUBI²MA rappresenta un approccio pionieristico: unire sottoprodotti naturali a tecnologie digitali avanzate per creare materiali non solo ecologici, ma anche superiori alle alternative fossili. Una visione che dimostra come la transizione sostenibile non debba essere un compromesso, ma un’opportunità per innovare.
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