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Il futuro? Grafene ed altri materiali bidimensionali

Flessibili, stabili e dotati di un vantaggiosissimo rapporto fra superficie e massa, il grafene e altri materiali stratificati bidimensionali si candidano a diventare i materiali del futuro per i dispositivi di conversione e stoccaggio dell'energia

Flessibili, stabili e dotati di un vantaggiosissimo rapporto fra superficie e massa, il grafene e altri materiali stratificati bidimensionali si candidano a diventare i materiali del futuro per i dispositivi di conversione e stoccaggio dell'energia. A patto che si investa per sviluppare tecniche di produzione che permettano di trasferire i successi ottenuti in laboratorio ad applicazioni su scala industriale.

Se n’è parlato nell’ultimo appuntamento di “a cena con la scienza”, la rassegna scientifico-gastronomica di Confagricoltura Piacenza che abbina divulgazione scientifica e buon cibo negli agriturismi di Agriturist, presso l’Azienda agrituristica Battibue a Baselica Duce di Fiorenzuola d’Arda. Dopo i saluti di Michele Lodigiani organizzatore della manifestazione e di Gianpietro Bisagni presidente di Agriturist, ha preso la parola Sebastiano Bellani ricercatore al Graphene Labs dell'Istituto Italiano di Tecnologia di Genova che ha brevemente ricordato i complessi compiti cui si dedica l’istituto nel quale lavora, ovvero la ricerca applicata finanziata da progetti europei e collaborazioni industriali. “Il grafene e gli altri materiali bidimensionali a strati -ha spiegato Bellani- si candidano a diventare una soluzione di primaria importanza per affrontare le nuove esigenze energetiche, e in particolare il mercato in continua espansione della conversione fra le diverse forme di energia. Il grafene è un singolo foglio di atomi di carbonio, disposti in un reticolo esagonale, ed è il materiale più sottile al mondo. E' il primo rappresentante di tutta una nuova classe di materiali chiamati bidimensionali.

Il grafene è stato scoperto solo nel 2004 e gli scienziati che lo hanno isolato hanno ricevuto il Nobel per la fisica nel 2010. Diversi fogli di grafene, uno sull'altro, formano la grafite. Ha delle eccezionali proprietà meccaniche ed elettriche: è più resistente dell'acciaio, è flessibile, possiede una elevata conducibilità termica e elettrica, è trasparente (assorbe solo circa il 2% della luce) ed è molto leggero.

Finora, produrre il grafene in quantità diverse da quelle normalmente utilizzate per la ricerca è molto costoso. Tuttavia, le aziende ed i governi di tutto il mondo stanno investendo centinaia di milioni di dollari nella ricerca; più prezioso dell’oro, il grafene renderebbe possibili grandi progressi nella realizzazione di prodotti molto più leggeri, sottili e robusti, e potenzialmente, potrebbe essere utilizzato per qualsiasi applicazione. Il grafene- ha chiarito Bellani- viene prodotto e utilizzato per trovarne applicazione in moltissimi campi. In particolare, alcuni ambiti applicativi da notare sono il campo dell'energia (che riguarda, ad esempio, le batterie, i pannelli solari e le fuel cells) e dell'elettronica flessibile (inchiostri conduttivi, touch screen pieghevoli ecc.). Poi, sono anche molto interessanti le applicazioni in materiali nanocompositi, in cui il grafene è utilizzato e studiato in pneumatici, caschi, racchette da tennis, scarpe, scarponi da sci, componenti per il settore aerospaziale, materiali per isolamento termico e di ritardo alla fiamma. Molto dipenderà dall'evoluzione e dalla maturazione dei metodi di produzione. I metodi più economici possono essere già impiegati nel campo dell'elettronica flessibile, utilizzando gli inchiostri conduttivi, o nei materiali compositi. Una strategia che viene perseguita è quella di cercare nuove applicazioni, perché si crede che il grafene sostituirà altri materiali esistenti solo se le sue effettive proprietà saranno tali da giustificare il costo (spesso molto elevato) richiesto per un cambiamento nel processo di produzione. L’utilizzo del grafene nelle batterie dei dispositivi dei prossimi anni potrebbe diventare uno dei campi di maggiore innovazione, in grado di far fare all’autonomia e ai sistemi di carica un balzo nel futuro”.

Bellani ha parlato anche delle energie alternative. «Quella solare è eccellente ma dobbiamo sfruttarla nel modo migliore e più economico. Per il fabbisogno energetico italiano, con i nuovi materiali nei pannelli solari, basterebbe una superficie come la provincia di Pavia. Ma vanno ridotti i costi. Si studiano nuovi materiali polimeri per sostituire il silicio in grado di assorbire luce e ci sono progetti per sostituire l’argento nei cavi con inchiostri di grafene. Ma non solo sole: con l’elettrolisi dell’acqua si può produrre idrogeno (come carburante) ed ossigeno. Ci sono poi i generatori triboelettrici che sfruttano il trasferimento di cariche elettriche tra due corpi di materiale diverso (di cui almeno uno isolante) quando vengono strofinati fra loro, o anche messi a contatto e allontanati. Si genera dunque una tensione a partire dal movimento. Un altro materiale è il vanadio su cui si punta per innovative batterie per l'immagazzinamento di carica elettrica su grande scala, ma il suo costo è elevatissimo tanto che viene ceduto solo in piccole quantità».  Una considerazione infine: «i cinesi sono stati tra i maggiori inquinatori, ma oggi sono la nazione che investe maggiormente in energie rinnovabili». Insomma è questo il futuro prossimo a cui tutti si dovranno adeguare se vogliamo preservare questo straordinario pianeta per i nostri figli. La ricerca è per questo essenziale.

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