Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
Questo studio dimostra che, sebbene le classifiche di prestazione dei materiali cambino tra le scale del filato, del nodo e della rete, specifici sistemi di filato a base vegetale e ibridi (particolarmente PALF/PALF) offrono una promettente competitività meccanica per lo sviluppo di reti da pesca biodegradabili e a bassa persistenza rispetto al tradizionale poliestere.
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L'oceano sta attualmente soffocando a causa di una forma di inquinamento silenziosa e persistente: l'attrezzatura da pesca abbandonata. Quando reti, trappole e lenze vengono perse in mare, non svaniscono semplicemente. Invece, vagano alla deriva per anni, continuando a intrappolare pesci, tartarughe e uccelli marini in un fenomeno noto come pesca fantasma. Per decenni, la soluzione a questo problema è stata quella di sostituire le fibre naturali come il cotone o la canapa con plastiche sintetiche come il nylon o il poliestere. Questi materiali artificiali sono incredibilmente resistenti e non marciscono, il che è eccellente per la rete di un pescatore, ma disastroso per l'ambiente quando l'attrezzatura viene persa. La stessa durabilità che li rende utili significa anche che persistono nell'oceano per secoli, degradandosi in microplastiche e continuando a danneggiare la vita marina. Gli scienziati stanno ora cercando una via di mezzo: materiali che siano abbastanza forti da catturare i pesci ma abbastanza biodegradabili da scomparire se vengono persi. La sfida consiste nel trovare fibre vegetali che possano eguagliare la robustezza della plastica senza sfaldarsi troppo rapidamente durante l'uso.
Un team di ricercatori della Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong si è posto l'obiettivo di testare questa idea costruendo e testando la rottura di reti da pesca realizzate con fibre vegetali. Si sono concentrati su due materiali naturali specifici: la fibra della foglia di ananas, un sottoprodotto dell'industria della frutta, e la canapa, una tradizionale coltura tessile. Per vedere come questi materiali si sarebbero comportati nel mondo reale, i ricercatori non hanno testato solo un singolo filamento di filo; invece, hanno esaminato i materiali a tre diversi livelli di complessità, passando da un semplice filo ritorto, a una sezione annodata e, infine, a un pannello di rete completo. Hanno confrontato queste opzioni a base vegetale con il poliestere standard e varie miscele dei due. L'obiettivo era capire come la resistenza della fibra cambi quando viene ritorta, annodata e tessuta in una rete, perché un materiale che è resistente su un tavolo potrebbe comportarsi in modo molto diverso quando fa parte di una struttura complessa sotto tensione.
I ricercatori hanno iniziato ritorto insieme i filamenti di queste fibre per creare filati a due capi, testandoli a diversi livelli di tensione per trovare il punto di equilibrio ideale in cui il materiale fosse più forte. Hanno scoperto che la relazione tra quanto un filato sia ritorto e quanto diventi resistente non è la stessa per ogni materiale. Per la fibra della foglia di ananas, il filato diventava significativamente più forte quando ritorto a un livello intermedio specifico, ma se ritorto troppo strettamente, diventava in realtà più debole. Al contrario, i filati di poliestere diventavano semplicemente più elastici all'aumentare della torsione. Analizzando i dati, il team ha determinato che un livello di torsione specifico forniva il miglior equilibrio complessivo tra resistenza e flessibilità per tutti i materiali testati, rendendolo la condizione ideale per la costruzione delle reti. Hanno anche esposto le fibre all'acqua di mare per vedere come si degradassero. I risultati sono stati netti: il poliestere rimaneva quasi invariato, mentre la canapa e l'ananas mostravano segni visibili di usura, inclusi crepe e superfici che si sfogliavano, confermando che i materiali vegetali erano effettivamente suscettibili all'ambiente marino.
Successivamente, il team si è spostato sul nodo, il punto più critico di cedimento in qualsiasi rete da pesca. Quando una rete viene tirata, i nodi si stringono e sopportano l'intero sforzo. I ricercatori hanno realizzato nodi del doppio di un nodo del sarto, un tipo standard utilizzato nella pesca, e li hanno tirati fino alla rottura. Qui, le prestazioni dei materiali sono cambiate in modi sorprendenti. Il filato di pura fibra di ananas ha sostenuto il peso assoluto più alto prima di rompersi, superando persino il poliestere in questo specifico test. Tuttavia, le miscele a base di poliestere erano migliori nel mantenere la loro forza originale dopo essere state annodate. Il filato di pura canapa è stato il peggiore, perdendo più della metà della sua forza una volta annodato. Questo risultato ha evidenziato una lezione cruciale: un materiale che è forte da solo non è necessariamente un nodo forte. La superficie ruvida delle fibre di ananas sembrava aiutare a stringersi saldamente all'interno del nodo, permettendo alla struttura di riorganizzarsi e stringersi senza spezzarsi immediatamente, mentre le fibre di canapa, più lisce, scivolavano e cedevano prima.
Infine, i ricercatori hanno assemblato questi filati in piccoli pannelli di rete per vedere come l'intera struttura si comportasse sotto carico. Hanno utilizzato simulazioni informatiche per confrontare reti con aperture piccole rispetto a quelle con aperture più grandi, scoprendo che le reti con aperture più ampie distribuivano generalmente lo stress in modo più uniforme e potevano sostenere più peso prima di cedere. Quando hanno testato le reti fisiche, il pannello di pura fibra di ananas si è dimostrato il più robusto, sostenendo la forza più alta prima di rompersi. Era in grado di tendersi e ridistribuire il carico su tutta la rete, impedendo a un singolo punto di cedere troppo presto. Anche la rete di poliestere era molto forte, sebbene raggiungesse il suo limite leggermente più velocemente. La rete di canapa, nonostante presentasse un modello di estensione molto uniforme, cedeva a un peso molto inferiore. Lo studio ha concluso che, sebbene il poliestere rimanga il punto di riferimento per durata ed elasticità, il sistema di fibra di ananas completamente vegetale è un'alternativa meccanicamente competitiva. Ciò suggerisce che, con il giusto design, le reti da pesca potrebbero essere realizzate con risorse rinnovabili che sono abbastanza forti da svolgere il compito, ma abbastanza delicate da scomparire se perse in mare, offrendo una strada promettente per ridurre il carico di plastica negli oceani.
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