Scafo in Fibra di Lino vs Vetroresina: Chi Vincerà la Sfida della Sostenibilità Marina?

Amici appassionati di mare e innovazione, oggi vi porto a bordo di una discussione che mi sta particolarmente a cuore: come possiamo rendere le nostre amate imbarcazioni da diporto un po’ più amiche dell’ambiente? Sappiamo tutti che la nautica, per quanto meravigliosa, ha un suo impatto. E uno dei “colpevoli” principali, o meglio, uno degli aspetti su cui possiamo decisamente migliorare, è la costruzione degli scafi. Per anni, la fibra di vetro ha dominato la scena, ma è ora di guardare oltre. E se vi dicessi che una pianta umile e antica come il lino potrebbe essere la chiave di volta? Allacciate le cinture (o meglio, i giubbotti di salvataggio!), perché stiamo per immergerci in un’analisi del ciclo di vita (LCA) che confronta uno scafo tradizionale in fibra di vetro e resina poliestere con uno innovativo in fibra di lino e bio-resina epossidica. L’obiettivo? Capire se questo biocomposito è davvero più sostenibile e come possiamo progettare barche più “verdi” per il futuro.

Il Dilemma della Vetroresina e l’Alba dei Biocompositi

Diciamocelo chiaramente: la fibra di vetro rinforzata con resine poliestere è stata una manna dal cielo per l’industria nautica da diporto. Costa relativamente poco, è facile da lavorare, offre buone proprietà meccaniche e resiste bene all’ambiente marino. Un sogno, no? Beh, non proprio. Il problema sorge quando queste barche arrivano a fine vita. La loro bassa sostenibilità e le limitate possibilità di riciclo rappresentano una bella gatta da pelare per l’ambiente.

Ecco perché, sull’onda di una crescente consapevolezza ambientale globale, ricercatori e professionisti si sono rimboccati le maniche per sviluppare materiali compositi più ecologici. L’attenzione si è concentrata sull’uso di fibre naturali (come lino, canapa, juta, fique) e bio-resine (derivate da fonti rinnovabili) in sostituzione delle fibre sintetiche e delle resine petrolchimiche.

Le fibre naturali, amici miei, hanno un sacco di assi nella manica rispetto alla fibra di vetro:

• Minore densità (quindi più leggerezza a parità di volume)
• Biodegradabilità (un grosso punto a favore!)
• Buone proprietà di smorzamento delle vibrazioni (più comfort a bordo)
• Maggiore sicurezza per la salute durante la lavorazione

E non pensiate che siano fragili! Le loro proprietà meccaniche specifiche sono spesso paragonabili, se non superiori, a quelle dei polimeri rinforzati con fibra di vetro. Certo, l’ambiente marino può mettere alla prova i polimeri rinforzati con fibre naturali (NFRP), ma diversi studi dimostrano che l’immersione in acqua di mare non causa un invecchiamento così drammatico delle loro prestazioni meccaniche. Insomma, questi biocompositi sono tecnicamente fattibili per la nautica da diporto.

Per quanto riguarda la matrice, cioè la resina, si sta lavorando sodo per trovare alternative rinnovabili alle resine petrolchimiche. Tra le fibre naturali, il lino si sta rivelando un sostituto molto promettente per la fibra di vetro, specialmente per applicazioni semi-strutturali e strutturali, con un impatto ambientale decisamente inferiore. Pensate che tessuti in lino e bio-resine epossidiche a base vegetale sono già stati usati da alcuni cantieri “sostenibili” per realizzare scafi e ponti, ottenendo riduzione di peso, miglior smorzamento delle vibrazioni e migliori prestazioni acustiche. Un vero spettacolo!

Dal punto di vista ambientale, le fibre naturali sono percepite come materiali “verdi”: derivano da risorse rinnovabili e le loro tecniche di produzione consumano meno energia rispetto a quelle per fibre sintetiche come vetro o carbonio.

Mettiamo i Puntini sulle “i”: Cos’è un’Analisi del Ciclo di Vita (LCA)?

Per misurare oggettivamente l’impatto ambientale di un prodotto “dalla culla alla tomba”, entra in gioco l’Analisi del Ciclo di Vita (LCA). È uno strumento potentissimo che sta diventando sempre più parte integrante della progettazione e produzione dei compositi NFRP. I risultati degli LCA dimostrano che i compositi in fibra di lino riducono la dipendenza da fonti energetiche e materiali non rinnovabili, diminuiscono le emissioni di inquinanti e gas serra, migliorano il recupero energetico e la biodegradabilità dei componenti a fine vita. Inoltre, i compositi in lino portano a strutture più leggere e, di conseguenza, a un ridotto consumo di carburante (o energia, nel caso di barche elettriche).

Lo studio che vi racconto oggi ha condotto un LCA comparativo per valutare gli impatti ambientali della produzione di uno scafo per una piccola imbarcazione (la Silennis S020, per la cronaca) utilizzando la tradizionale vetroresina rinforzata con poliestere (GFRP) mediante laminazione manuale, e, in alternativa, lo stesso scafo costruito con fibra di lino rinforzata con bio-resina (FFRB) tramite infusione sottovuoto. L’analisi ha coperto l’intero ciclo di vita, dalla culla alla tomba, e ha confrontato undici categorie di impatto.

L’unità funzionale dello studio è lo scafo composito necessario per la produzione e l’operatività di questa barca. La geometria dello scafo è la stessa, ma cambiano i materiali e i processi:

1. Scenario A: Scafo in fibra di vetro e resina petrolchimica (GFRP).
2. Scenario B: Scafo in fibra di lino e bio-resina (FFRB).

Per entrambi, si è valutata la fase di produzione (materiali, tecniche, fattori correlati) e la fase operativa (identica come durata, ma con consumi energetici variabili a seconda del peso finale dello scafo). Per il fine vita (EoL), si è scelto lo smaltimento in discarica per entrambi, per evitare di introdurre troppe variabili.

Un dettaglio tecnico interessante: grazie alle migliori proprietà meccaniche del tessuto in lino, lo spessore dello scafo FFRB è stato ridotto a 7 mm contro i 10 mm del GFRP. Questo, unito alla minore densità del FFRB (1230 kg/m³ vs 1398 kg/m³ del GFRP), ha portato a un peso dello scafo FFRB di soli 266.91 kg contro i 433.38 kg del GFRP. Una bella differenza!

La vita utile della barca è stata fissata a 25 anni, con un utilizzo annuo di 500 ore, per un totale di 12.500 ore. Con una potenza nominale dell’elica di 2 kW, il consumo energetico totale stimato per la barca GFRP è di 25.000 kWh. Ma qui arriva il bello: il minor peso dello scafo FFRB riduce la resistenza all’avanzamento dell’11%! Questo si traduce in un consumo energetico totale per la barca FFRB stimato in 22.250 kWh. Parliamo di un risparmio di 2.750 kWh nell’arco della vita della barca!

I Risultati Parlano Chiaro (o Quasi!): Vantaggi del Lino

E allora, cosa ci dice questo LCA? Beh, preparatevi, perché i risultati sono davvero incoraggianti per il nostro amico lino! Lo scafo in FFRB ha mostrato impatti ambientali positivi per tutte le categorie di indicatori tranne una, l’Ecotossicità Terrestre (TETP), di cui parleremo tra poco.

Ma concentriamoci sulle buone notizie:

• Il Potenziale di Riscaldamento Globale (GWP) è diminuito del 14%. Meno gas serra, amici!
• Il Potenziale di Tossicità Umana (HTP) si è ridotto del 13%.
• Il Potenziale di Esaurimento Abiotico (ADP) relativo alle risorse materiali è crollato del 75%! Questo è un dato pazzesco.

Analizzando più a fondo, la produzione di 1 kg di fibra di lino, rispetto a 1 kg di fibra di vetro, mostra riduzioni notevoli: GWP -47%, Potenziale di Ecotossicità in Acqua Dolce (FAETP) -48%, Potenziale di Ecotossicità Marina (MAETP) -73%, Esaurimento delle Risorse Fossili (ADP-f) -68%, Esaurimento delle Risorse Materiali (ADP-m) -97%. Questo perché la produzione di fibra di lino non richiede le enormi quantità di energia non rinnovabile necessarie per la fibra di vetro. E non dimentichiamo la fotosintesi delle piante di lino, un vantaggio globale per il clima!

L’Altra Faccia della Medaglia: L’Ecotossicità Terrestre e le Resine

Tutto oro quello che luccica? Non proprio. Come accennato, c’è un “ma”. L’Ecotossicità Terrestre (TETP) per lo scafo FFRB è aumentata del 357%. E la colpa? Principalmente dei fertilizzanti fosfatici usati nella coltivazione del lino. Questi sono una causa importante di tossicità terrestre ed eutrofizzazione, contribuendo anche alle piogge acide e al deterioramento della salute degli ecosistemi. Questo ci dice che dobbiamo spingere per un’agricoltura del lino più sostenibile e locale.

Anche la bio-resina epossidica (SuperSap® nel caso specifico) ha i suoi pro e contro. Riduce significativamente FAETP (-95%), HTP (-92%) e Potenziale di Riduzione dello Strato di Ozono (ODP) (-100%). Diminuisce anche il Potenziale di Eutrofizzazione (EP) (-44%) e ADP-m (-58%). Tuttavia, si osserva un aumento del Potenziale di Acidificazione (AP) (+86%), del GWP (+16%) e dell’ADP-f (+11%). E, attenzione, un notevole svantaggio nella categoria TETP (+629%), forse dovuto all’alta percentuale (35% in peso) di indurente chimico utilizzato. Quindi, anche qui, c’è margine per migliorare la sostenibilità delle bio-resine, magari aumentando la loro percentuale di materiali rinnovabili.

Non Solo Materiali: Produzione, Uso ed Energia

Un aspetto cruciale emerso dall’analisi di sensitività è che il consumo di elettricità è il principale motore dell’impatto ambientale per lo scafo FFRB. Pensate che per il cambiamento climatico legato al GWP, circa l’80% dell’impatto totale è attribuibile al consumo di elettricità (sia in produzione che in uso) e fino al 6% è associato alla produzione di fibra di lino.

Questo cosa significa? Che la scelta di fonti di energia rinnovabile, come quella solare o eolica, può migliorare significativamente la sostenibilità. Se l’energia usata per produrre e far navigare la barca è pulita, l’impronta ecologica complessiva si riduce drasticamente.

E il Fine Vita? La Sfida del Riciclo e l’Economia Circolare

Attualmente, per lo studio si è ipotizzata la discarica per entrambi gli scafi, dato che i compositi termoindurenti rinforzati con fibre sono difficili da riciclare e l’incenerimento non è una soluzione amica dell’ambiente. Il vantaggio dello scafo FFRB, in questo scenario, risiede nel suo minor peso da trasportare in discarica (un risparmio di circa 166 kg), anche se questo beneficio non è stato incluso nell’LCA perché dipende dalla localizzazione dell’armatore.

Ma il futuro deve guardare oltre la discarica! La comunità scientifica sta sviluppando tecniche di riciclo avanzate (meccanico, termico, chimico) che potrebbero migliorare la gestione del fine vita. Il riciclo termico può recuperare risorse di alta qualità da resine epossidiche e fibre sintetiche, ma consuma molta energia. Il riciclo meccanico è il più efficiente dal punto di vista energetico, mentre quello chimico, pur efficace, ha costi significativi e solleva preoccupazioni ambientali.

È fondamentale investire in ricerca per esplorare il riciclo e il riutilizzo dei biocompositi FFRB, offrendo uno scenario di fine vita valido che contribuisca alla riduzione dei rifiuti e sostenga l’avanzamento di un’economia circolare, come si sta già facendo in altri settori come quello ferroviario ed eolico.

Tirando le Somme: La Fibra di Lino è Davvero il Futuro?

Allora, amici, cosa possiamo concludere?

• Lo scafo FFRB è decisamente più leggero, il che porta a una riduzione dell’11% del fabbisogno energetico durante l’uso. Un bel risparmio!
• Gli impatti ambientali della fibra di lino sono generalmente inferiori a quelli della fibra di vetro, tranne per l’indicatore legato all’uso di fertilizzanti. Promuovere un’agricoltura sostenibile e locale del lino è la chiave.
• La sostenibilità della bio-resina epossidica può essere ulteriormente migliorata. E si dovrebbero considerare resine alternative riciclabili.
• L’impatto complessivo dello scafo FFRB è considerevolmente inferiore a quello dello scafo GFRP in dieci delle categorie di impatto considerate, con riduzioni medie intorno al 20%, e picchi notevoli come il -75% nell’esaurimento delle risorse materiali.
• L’adozione di fonti di energia rinnovabile è cruciale per massimizzare i benefici ambientali.

Possiamo dire che il FFRB è un materiale eco-friendly promettente per la costruzione di scafi per piccole imbarcazioni. Tuttavia, è necessario sviluppare una strategia per il trattamento di fine vita per migliorare l’economia circolare. Nuove ricerche focalizzate sul riutilizzo e su nuove tecniche di riciclo potrebbero sfruttare appieno i vantaggi delle fibre naturali. In questo senso, gli sforzi nello sviluppo di termoplastici a bassa viscosità e bio-resine termoindurenti riciclabili sono strade promettenti per promuovere una maggiore sostenibilità e l’economia circolare dei compositi FFRB.

La rotta è tracciata, e anche se c’è ancora da navigare, la fibra di lino ci mostra un orizzonte decisamente più verde per il futuro della nautica!

Fonte: Springer