I materiali naturali modificati saranno una componente essenziale di un futuro sostenibile, ma prima è necessaria una comprensione dettagliata delle loro proprietà. Il modo in cui il calore scorre attraverso le pareti delle cellule di bambù è stato mappato utilizzando una microscopia termica a scansione avanzata, fornendo una nuova comprensione di come le variazioni nella conduttività termica siano legate all'elegante struttura del bambù. Le scoperte, pubblicato sulla rivista Rapporti scientifici , guiderà lo sviluppo di edifici più efficienti dal punto di vista energetico e antincendio, realizzati con materiali naturali, nel futuro.

Il settore edile rappresenta attualmente il 30-40% di tutte le emissioni di carbonio, a causa sia della produzione ad alta intensità energetica dei materiali (prevalentemente acciaio e calcestruzzo), e l'energia utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici finiti. Man mano che la popolazione mondiale cresce e si insedia sempre più in paesi e città, gli approcci costruttivi tradizionali stanno diventando insostenibili.

Rinnovabile, i materiali a base vegetale come il bambù hanno un enorme potenziale per edifici sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico. Il loro utilizzo ridurrebbe drasticamente le emissioni rispetto ai materiali tradizionali, contribuendo a mitigare l'impatto umano sui cambiamenti climatici. Questo approccio aiuterebbe anche a mantenere il carbonio fuori dall'atmosfera deviando il legname lontano dall'essere bruciato come combustibile.

Lo studio ha coinvolto la scansione di sezioni trasversali di tessuto vascolare di bambù, il tessuto che trasporta fluidi e sostanze nutritive all'interno della pianta. Le immagini risultanti hanno rivelato un'intricata struttura di fibre con strati alternati di pareti cellulari spesse e sottili. I picchi di conducibilità termica all'interno della struttura del bambù coincidono con le pareti più spesse, dove le catene di cellulosa, il componente strutturale di base delle pareti cellulari delle piante, sono disposte quasi parallelamente allo stelo della pianta. Questi strati più spessi conferiscono al bambù anche la sua forza e rigidità. In contrasto, le pareti cellulari più sottili hanno una conduttività termica inferiore a causa delle catene di cellulosa che sono quasi ad angolo retto rispetto al fusto della pianta.

"La natura è un architetto straordinario. Il bambù è strutturato in modo davvero intelligente, " disse Darshil Shah, ricercatore presso il Dipartimento di Architettura dell'Università di Cambridge, che ha condotto lo studio. "Cresce di un millimetro ogni novanta secondi, rendendolo uno dei materiali vegetali in più rapida crescita. Attraverso le immagini che abbiamo raccolto, possiamo vedere che lo fa generando una struttura di fibre a laminazione incrociata naturale".

Sebbene siano state fatte molte ricerche sulla struttura cellulare del bambù in relazione alle sue proprietà meccaniche, quasi nessuno ha osservato come la struttura cellulare influenzi le proprietà termiche del materiale. La quantità di riscaldamento e raffreddamento richiesta negli edifici è fondamentalmente correlata alle proprietà dei materiali di cui sono fatti, in particolare quanto calore conducono e immagazzinano.

Una migliore comprensione delle proprietà termiche del bambù fornisce approfondimenti su come ridurre il consumo energetico degli edifici in bambù. Consente inoltre di modellare il modo in cui i componenti edili in bambù si comportano quando esposti al fuoco, in modo che possano essere incorporate misure per rendere più sicuri gli edifici in bambù.

"Le persone possono preoccuparsi della sicurezza antincendio degli edifici in bambù, " ha detto Shah. "Per affrontare questo problema dobbiamo comprendere le proprietà termiche del materiale da costruzione. Attraverso il nostro lavoro possiamo vedere che il calore viaggia lungo le spesse fibre della parete cellulare che sostengono la struttura in bambù, quindi se esposto al calore di un fuoco il bambù potrebbe ammorbidirsi più rapidamente nella direzione di quelle fibre. Questo ci aiuta a capire come rinforzare adeguatamente l'edificio".

Attualmente, prodotti come il bambù laminato sono più comunemente usati come materiali per pavimenti a causa della loro durezza e durata. Però, la loro rigidità e resistenza è paragonabile ai prodotti in legno ingegnerizzato, rendendoli adatti anche per usi strutturali. "Il legno lamellare è una scelta popolare di materiale da costruzione in legno. È realizzato incollando insieme strati di legno segato, ciascuno ad angolo retto rispetto allo strato sottostante, " ha detto Shah. "Vedere questa come una struttura naturale nelle fibre di bambù è fonte di ispirazione per lo sviluppo di prodotti per l'edilizia migliori".

Il team di ricercatori, dell'Università di Cambridge e dell'Università delle risorse naturali e delle scienze della vita di Vienna, prevede anche di osservare cosa succede al flusso di calore nel bambù quando la sua superficie viene bruciata e forma carbonizzazione. L'uso della microscopia termica a scansione per visualizzare l'intricata composizione delle piante potrebbe essere utile anche in altre aree di ricerca, come capire come i cambiamenti microstrutturali negli steli delle colture possano farli cadere nei campi con conseguente perdita di raccolti.

Shah è membro del Centro interdisciplinare per l'innovazione dei materiali naturali dell'Università di Cambridge, che mira a far progredire l'uso del legno nelle costruzioni modificando le proprietà del legno su scala tissutale per renderlo più affidabile in condizioni ambientali mutevoli.