Εδώ και αιώνες ο άνθρωπος αξιοποιεί τα δέντρα κυρίως για να παράγει χαρτί και ξυλεία. Τώρα όμως, κρατικές υπηρεσίες, επιστήμονες και εταιρείες από όλο τον κόσμο υποστηρίζουν ότι σε λίγα χρόνια από τα δάση θα προέρχεται μια σειρά από εντελώς καινούργια και πρωτοποριακά προϊόντα – όπως εύκαμπτες οθόνες, οικολογικά υποκατάστατα του πλαστικού ή ανθεκτικότερες και ελαφρύτερες άτρακτοι αεροσκαφών. Και αυτό χάρις στη νανοκυτταρίνη, ένα επαναστατικό υλικό που θα βασίζεται στην κυτταρίνη, το βασικό συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος των φυτών. Η πρώτη ύλη παρασκευής του υλικού θα είναι ο πολτός του ξύλου, ο οποίος θα υπόκειται σε ειδική κατεργασία. Ετσι, η κυτταρίνη θα διασπάται στις μικροσκοπικές ίνες που την αποτελούν και οι οποίες θα σχηματίζουν στη συνέχεια τη νανοκυτταρίνη.
Καθώς οι έρευνες για τη νανοκυτταρίνη έχουν ενταθεί την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι αυτές οι μικροΐνες, που το πάχος τους είναι 5.000 φορές μικρότερο από την ανθρώπινη τρίχα, προσδίδουν στο υλικό εντυπωσιακές ιδιότητες. Πιο συγκεκριμένα, η νανοκυτταρίνη έχει οκτώ φορές μεγαλύτερη αντοχή από το ατσάλι, όσο δηλαδή και το κέβλαρ (υλικό το οποίο έχει μεγάλη αντοχή). Σε κρυσταλλική μορφή, είναι επίσης εύκαμπτη, διαφανής και αεροστεγής. Οταν παραχθεί σε μορφή αφρού, όχι μόνο συγκαταλέγεται στα ελαφρύτερα στερεά υλικά στον πλανήτη, αλλά είναι και εξαιρετικά απορροφητική.
Πιλοτικές εγκαταστάσεις
Μάλιστα, τον τελευταίο χρόνο έχει γίνει ένα ακόμη σημαντικό βήμα ώστε η νανοκυτταρίνη να αρχίσει να χρησιμοποιείται σε πραγματικά προϊόντα, αφού μέσα στο 2012 δημιουργήθηκαν οι τρεις πρώτες στον κόσμο πιλοτικές εγκαταστάσεις, με στόχο να βελτιστοποιηθεί η διαδικασία βιομηχανικής παραγωγής της. Ετσι, από τον περασμένο Φεβρουάριο, η εταιρεία CelluForce εγκαινίασε ένα πιλοτικό εργοστάσιο νανοκυτταρίνης στο Κεμπέκ του Καναδά, ενώ λίγο νωρίτερα η Innventia AB, η οποία είναι ουσιαστικά ερευνητικό ινστιτούτο, ξεκίνησε να λειτουργεί ανάλογη μονάδα στη Σουηδία. Η τρίτη εγκατάσταση εγκαινιάστηκε μόλις πριν από μήνα στο Ουισκόνσιν των ΗΠΑ από την αμερικανική Υπηρεσία Δασών, η οποία επένδυσε 1,7 εκατ. δολ. για την κατασκευή της.
Οι τρεις εγκαταστάσεις σκοπεύουν να λύσουν τα τελευταία τεχνικά προβλήματα που απομένουν για να μπορεί το υλικό να παρασκευαστεί μαζικά. Παρόλο που από τη δεκαετία του ’80 ήταν γνωστό ότι σε υψηλή θερμοκρασία η κυτταρίνη διαχωρίζεται στις μικροΐνες που την αποτελούν, οι επιστήμονες έχουν βρει σήμερα τρόπους ώστε για τη διάσπαση να μη χρειάζεται μεγάλη κατανάλωση ενέργειας. Στο εργοστάσιο του Ουισκόνσιν, για παράδειγμα, στον πολτό της ξυλείας θα προστίθεται γι’ αυτόν τον λόγο κάποιο οξύ, αφού πρώτα αφαιρεθούν από τον πολτό τα υπόλοιπα συστατικά του πέραν της κυτταρίνης. Διαδικασία που, σύμφωνα με την αμερικανική Υπηρεσία Δασών, αναμένεται να τελειοποιηθεί μέσα στην επόμενη διετία, μειώνοντας το κόστος παραγωγής της νανοκυτταρίνης σε μερικά δολάρια το κιλό. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Σάο Πάολο στη Βραζιλία χρησιμοποίησαν πέρυσι νανοκυτταρίνη για να κατασκευάσουν εξαρτήματα για αυτοκίνητα (όπως προφυλακτήρες και παρμπρίζ), που είναι τέσσερις φορές ισχυρότερα και 30% ελαφρύτερα από τα σημερινά, τα οποία φτιάχνονται από συμβατικό πλαστικό. Επίσης, Φινλανδοί επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Ελσίνκι σχεδιάζουν ένα πρωτότυπο πλοιάριο από το υλικό, που θα επιπλέει ακόμη και αν μεταφέρει εμπορεύματα με 1.000 φορές μεγαλύτερο βάρος από όσο θα ζυγίζει το ίδιο.
Τα τελευταία χρόνια, άλλωστε, για την αξιοποίηση της νανοκυτταρίνης δείχνουν ενδιαφέρον και εταιρείες–κολοσσοί από κάθε σχεδόν τεχνολογικό τομέα. Είναι χαρακτηριστικό ότι στα εγκαίνια της μονάδας στο Ουισκόνσιν παρευρέθησαν εκπρόσωποι της IBM, της Lockheed Martin, όπως επίσης και του αμερικανικού υπ. Αμυνας. Και αυτό γιατί, όσον αφορά τις ηλεκτρονικές συσκευές, το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για πιο ανθεκτικά εξαρτήματα υπολογιστών όσο και για την κατασκευή οθονών που θα μπορούν να διπλωθούν όπως το χαρτί –μάλιστα, η Pioneer πειραματίζεται ήδη με τέτοιες οθόνες από νανοκυτταρίνη.
Στην αεροναυπηγική
Παράλληλα, για τη βιομηχανία αεροναυπηγικής το υλικό υπόσχεται ότι θα αποτελέσει μία εξίσου καλή, και κυρίως πολύ φθηνότερη, εναλλακτική λύση για την κατασκευή ελαφρύτερων και ανθεκτικότερων αεροπλάνων, συγκριτικά με τα ανθρακονήματα. Το αμερικανικό υπουργείο Αμυνας εκπονεί ήδη ερευνητικά προγράμματα για την κατασκευή προστατευτικού εξοπλισμού, όπως αλεξίσφαιρων γιλέκων, από το υλικό. Και η χαρτοβιομηχανία ελπίζει ότι η νανοκυτταρίνη θα φέρει την επανάσταση στον κλάδο της αφού, με την προσθήκη του νανοϋλικού, θα μπορούν να κατασκευαστούν προϊόντα όπως χαρτοπετσέτες με μεγαλύτερη απορροφητικότητα, αλλά και να δημιουργηθεί χαρτί για έντυπα και βιβλία που θα έχει μεγαλύτερη αντοχή, λιγότερο βάρος και μικρότερο κόστος.
Περιβαλλοντικά οφέλη από τη μαζική χρήση
Αν επιστημονικά περιοδικά σαν το βρετανικό New Scientist αναφέρουν πως η νανοκυτταρίνη ίσως αποδειχθεί το «θαυματουργό υλικό του 21ου αιώνα», ένας ακόμη λόγος είναι τα περιβαλλοντικά οφέλη που θα προκύψουν από τη μαζική χρήση της. Κατ’ αρχάς, γιατί υπόσχεται να περιορίσει δραστικά τον αριθμό των προϊόντων που σήμερα κατασκευάζονται από πλαστικό, δηλαδή από πετρέλαιο – μάλιστα, εταιρείες όπως η γαλλική IMERYS υποστηρίζουν πως στο άμεσο μέλλον θα αντικαταστήσει πλήρως το συμβατικό πλαστικό. Παράλληλα, η πρώτη ύλη από την οποία παράγεται, η κυτταρίνη, όχι μόνο είναι η πιο άφθονη οργανική χημική ένωση στον κόσμο, αλλά και ανανεώνεται με φυσικό τρόπο, με την ανάπτυξη των φυτών και δέντρων. Αλλωστε, εκτός από τον πολτό ξυλείας, στα εργοστάσια παραγωγής νανοκυτταρίνης μικρότερης δυναμικότητας θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες πηγές νανοκυτταρίνης, όπως γεωργικά απόβλητα ή τα υπολείμματα (π.χ. κλαδιά ή βλαστοί) από τη συγκομιδή των καλλιεργειών.
Η νανοκυτταρίνη έχει επίσης την ιδιαιτερότητα ότι είναι το πρώτο προϊόν νανοτεχνολογίας που δεν θα κατασκευάζεται στο εργαστήριο, αλλά θα προέρχεται απευθείας από τη φύση – με συνέπεια να είναι βιοδιασπώμενο. Τουλάχιστον θεωρητικά, η φυσική του προέλευση σημαίνει επίσης ότι το νανοϋλικό είναι βιοδιασπώμενο και ασφαλές – μάλιστα, έρευνες που έχει πραγματοποιήσει η σουηδική Innventia σε θηλαστικά και ψάρια απέδειξαν πως δεν είχε καμία τοξικότητα στα πειραματόζωα που το εισέπνευσαν ή το κατάπιαν. Βέβαια, θα πρέπει επίσης να επιβεβαιωθεί πως δεν προκαλούν παρενέργειες στους ζωικούς οργανισμούς και στον άνθρωπο ούτε σε κυτταρικό επίπεδο, με αρκετά τέτοια πειράματα να βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη.