Bolle con un grande potenziale 

Non è facile per il Dott. Björn Braunschweig rilassarsi a fine giornata: anche mentre cerca di godersi una birra dopo il lavoro, il ricercatore del Cluster of Excellence Engineering of Advanced Materials (Gruppo di Ingegneria d’Eccellenza dei Materiali Avanzati) presso l’Università Friedrich-Alexander (FAU) di Erlangen-Norimberga, in Germania, non può fare a meno di notare la schiuma che si forma in cima al bicchiere. Perché la birra bavarese locale presenta bolle più grandi e che scoppiano più velocemente rispetto alla Guinness® del tavolo accanto? “La schiuma della stout irlandese è molto più stabile perché il gas di azoto utilizzato nel processo di carbonatazione è meno solubile nel liquido rispetto all’anidride carbonica utilizzata per la birra tedesca alla spina”, spiega Braunschweig. Lo scienziato poco più che trentenne ne capisce un po’ di schiuma: nel 2014 ha ricevuto da parte del Consiglio Europeo della Ricerca una sovvenzione di avviamento di €1,5 milioni destinata a leader emergenti nel campo della ricerca per un progetto quinquennale relativo allo svolgimento di uno studio di base sulle schiume.

Schiume sorprendentemente funzionali

Potrebbe sembrare strano che, tra tutte le opzioni possibili, i finanziamenti siano stati destinati alla ricerca sulle schiume, ma la schiuma è un materiale estremamente versatile e con un futuro luminoso. I pannelli di polistirene espanso Styrodur®, ad esempio, non sono impiegati solo per l’isolamento, ma riducono anche le sollecitazioni sugli edifici durante i terremoti, offrendo così la sicurezza necessaria per chi progetta costruzioni in aree sismicamente attive. E chi fa jogging disperde meno energia quando indossa scarpe da corsa realizzate con la schiuma a struttura granulare di BASF, perché la suola dinamica della scarpa ritorna alla sua forma originaria immediatamente dopo l’impatto. Anche mentre dormiamo possiamo sfruttare i benefici delle schiume poliuretaniche, perché offrono nei materassi e nei cuscini la stessa elasticità elevata che prima era possibile solo con il lattice, e allo stesso tempo sono materiali che respirano e di lunga durata. “Quello delle schiume è un mercato in espansione,” dichiara Braunschweig. “Le bolle d’aria rendono il materiale molto leggero e le schiume presentano l’enorme vantaggio di un’estrema plasticità.” Nella costruzione di veicoli leggeri, le schiume assicurano un equilibrio ottimale tra robustezza e peso. A prima vista, la carrozzeria di un veicolo realizzata con schiuma metallica sembra dura esattamente come una carrozzeria tradizionale. Ma in caso di incidente, la carrozzeria in schiuma non si rompe aprendosi. Subisce invece una deformazione plastica e – in modo simile all’airbag – è in grado di assorbire l’impatto. Per creare schiume con proprietà speciali i ricercatori devono comprendere ogni aspetto della schiuma, dalle molecole infinitesimali fino alla struttura delle stesse bolle. Riveste un’importanza particolare l’interfaccia, ovvero il punto in cui gas e liquido o gas e solido si incontrano in ogni singola bolla. Quale componente molecolare stabilizza questa superficie? Che interazioni avvengono con le molecole in questo punto?  

Più i ricercatori potranno rispondere a queste domande, più si avvicineranno al raggiungimento del loro obiettivo, quello di creare un “insieme di strumenti molecolari” in grado di controllare e prevedere le proprietà delle schiume. Le “schiume intelligenti” dimostrano cosa ha in serbo il futuro. Queste schiume possono variare le rispettive proprietà in risposta a stimoli esterni, come ad esempio la luce. Braunschweig ritiene che ciò potrebbe giocare un ruolo importante nelle schiume autoriparanti, le cui molecole mobili sulla superficie della bolla consentono alla bolla di espandersi in presenza di pressione negativa e di chiudere temporaneamente eventuali cellule “danneggiate” nella struttura della schiuma. Le schiume intelligenti potrebbero essere anche vantaggiose per il riciclaggio dei materiali isolanti: “Quando una schiuma non serve più, si potrebbe semplicemente comprimere. Il materiale restante avrebbe solo un millesimo del suo volume originario e renderebbe più facile accedere ai suoi componenti chimici.”

Montare il gusto

L’industria alimentare è invece interessata a tutt’altro tipo di proprietà della schiuma. “Intende utilizzare le schiume per stabilizzare la qualità fino alla data di scadenza,” afferma il ricercatore di Erlangen. L’industria è anche molto interessata alle schiume perché hanno un gusto più intenso rispetto agli alimenti tradizionali. Le bolle presenti nelle schiume conferiscono loro una maggiore area superficiale, rendendo possibile la liberazione di più aromi in un lasso di tempo minore. Le schiume sono anche allettanti per gli amanti dei cibi sani, perché sono generalmente più leggere anche quando si tratta di calorie.