I materiali del futuro: miracolo o scienza?
Dalla tecnologia all’edilizia, dalla medicina all’energia, l’orizzonte di un futuro poi non tanto lontano sta cambiando a ritmo serrato e questo grazie soprattutto a nuovi materiali che sembrano essere a dir poco miracolosi ma in realtà è tutta questione di scienza e natura.
Grafene: Nobel 2010 e fascino … bidimensionale
Nel 2010 l’ambitissimo Nobel per la Fisica è stato assegnato ad Andrej Gejm e Konstantin Novoselov per le loro “pionieristiche ricerche sul grafene”, materiale bidimensionale al carbonio che nel 2004 i due scienziati hanno isolato per caso all’Università di Manchester durante alcuni esperimenti di laboratorio.
Hanno scoperto questo, che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio, nel 2004 all’Università di Manchester.
Considerato uno dei materiali più innovativi al mondo per le sue eccezionali proprietà, come la sottigliezza (spessore di un solo atomo), la resistenza (della durezza del diamante) e la flessibilità, il grafene occupa a ragione un posto d’onore nell’Olimpo delle scoperte più rivoluzionarie del XXI secolo.
A differenza della grafite o del diamante, il grafene si presenta come un velo sottilissimo, con potenzialità infinite. Conduttore elettrico superiore persino al rame, impiegato nella creazione di filtri per l’acqua e l’aria oltre che di schermi tattili flessibili estremamente ultraleggeri, il grafene sta ridisegnando il volto del campo aerospaziale attraverso soluzioni in fase di studio per il raffreddamento dell’elettronica di bordo e per la realizzazione di “vele solari”, strutture ultraleggere che potrebbero spingere le navicelle spaziali verso le stelle. In campo medico, promette rivoluzioni nella diagnostica e nella terapia, grazie alla sua capacità di interagire con le cellule a livello molecolare.
Batterie al grafene, riscaldamento al grafene, nuovi sensori al grafene in grado di rilevare il diabete dal respiro in pochi minuti. Tutto (o quasi) parla la lingua del grafene. Ed è solo l’inizio.
Alghe: un tesoro inestimabile di risorse sostenibili
Non hanno radici, né fusto, né foglie, né fiori o frutti e nemmeno tessuti di conduzione di acqua e nutrienti. Ecco a voi le alghe, tesoro inestimabile di risorse preziose e sostenibili, organismi versatili e sorprendenti, impiegate come alimento, come fonte di energia, come materia prima per la produzione di abiti, oggetti e bioplastiche oltre ad essere l’ingrediente clou di molti farmaci e cosmetici.
Verdi, brune, rosse, azzurre: le alghe hanno colori diversi e svariati utilizzi. A livello alimentare, le alghe – ricche di proprietà antiossidanti e depurative – sono un’ottima fonte di nutrienti (vitamine, minerali, proteine e acidi grassi omega-3) e vengono ampiamente utilizzate nella cucina asiatica, con una popolarità crescente anche in Occidente.
In campo energetico le si utilizza per produrre biocarburanti come alternativa ai combustibili fossili. Inoltre, grazie alla loro capacità di assorbire CO2 sono una risorsa incredibile per la produzione di energia sostenibile.
Perovskite: un minerale al servizio dell’energia solare
Alternativa rivoluzionaria al silicio nel settore fotovoltaico, con proprietà ottiche ed elettroniche uniche in grado di assicurare la creazione di celle solari molto efficienti, leggere, flessibili e potenzialmente più economiche, la perovskite è ampiamente impiegata nella produzione di energia solare. Inoltre, grazie alla possibilità di essere prodotta in pellicole sottilissime, la perovskite può essere integrata in superfici curve, mobili o trasparenti, come tende da sole, finestre o ringhiere, senza alterare l’estetica degli edifici. Viene studiata anche per l’uso in LED e fotorivelatori mentre sul fronte delle ricerche più all’avanguardia si sta sperimentando il suo utilizzo nella conversione di plastica e CO₂ in carburanti sostenibili.
Il nome “perovskite” è legato a quello del mineralogista russo Lev Alekseevič Perovskij, e si riferisce al minerale cristallino composto da titanato di calcio (CaTiO3) sebbene oggi il termine sia utilizzato per indicare anche strutture cristalline simili.
Il potenziale della perovskite è enorme e di certo in un futuro prossimo la si utilizzerà per trasformare gli edifici in generatori di energia pulita, contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico.
Aerogel: la forza dell’aria
Eccellente isolante termico e acustico, resistente al fuoco, l’aerogel viene considerato il materiale solido più leggero del mondo oltre ad avere molteplici applicazioni, dall’utilizzo per l’isolamento termico di edifici all’impiego per la produzione di indumenti protettivi. È anche usato per la creazione di imballaggi leggeri e resistenti, per la purificazione dell’acqua, per l’isolamento termico di tute spaziali e di alcuni tipi di veicoli.
Composto per il 96% da aria e per il restante 4% da silice, l’aerogel è stato inventato nel 1931 da Steven Kistler come risultato di una scommessa per sostituire il liquido in un gel con il gas senza causare il collasso della struttura. A decretarne il successo negli anni ‘90 fu la NASA che iniziò ad usarlo non solo come isolante termico nelle tute spaziali per proteggere gli astronauti dalle temperature estreme ma anche per la raccolta di campioni di polvere di stelle, sfruttando la sua capacità di resistere a condizioni estreme e di preservare i campioni intatti.
È dal 2000 in poi che l’aerogel trova applicazioni in ambito civile, come l’edilizia, l’abbigliamento tecnico (sci, moto) e l’isolamento di impianti industriali. In un futuro prossimo gli scienziati contano di produrre aerogel da materiali di scarto, come la plastica riciclata, per ridurre l’inquinamento. Attendiamo fiduciosi…
Legno trasparente: magia senza confini
Sebbene non abbia nulla a che vedere con bacchette dai poteri occulti e pozioni stregate, il legno trasparente è davvero magico.
Materiale innovativo sviluppato in laboratorio, capace di combinare le proprietà isolanti e la resistenza meccanica del legno con la trasparenza del vetro, può essere utilizzato per la produzione di finestre, pannelli solari, schermi e altri elementi architettonici.
Il legno trasparente si ottiene attraverso un processo chimico che rimuove la lignina, la sostanza che conferisce al legno il suo colore e la sua opacità. Rispetto al vetro tradizionale è più leggero, più resistente, più sostenibile e ha migliori proprietà di isolamento termico. Certo la produzione di questo materiale è ancora in fase di ricerca e sviluppo, ma le sue potenziali applicazioni sono promettenti e riguardano principalmente il settore dell’edilizia sostenibile: a partire dalla bioedilizia, settore in cui potrebbe sostituire il vetro nelle finestre, riducendo così i consumi energetici e migliorando l’isolamento degli edifici.
La sua trasparenza e le proprietà isolanti lo rendono un candidato ideale anche per la costruzione di pannelli solari allo stesso modo in cui potrebbe sostituire la plastica utilizzata per le serre, offrendo un’alternativa più ecologica. Bisognerà attendere nuove sperimentazioni di laboratorio ma di sicuro il semaforo è verde per il legno trasparente e i suoi impieghi futuri.
