Assorbono e comprimono idrogeno e metano: sono le nanospugne, un nuovo materiale che sta già portando significativi vantaggi nell’ambito industriale e automotive. In futuro, perchè no, anche nella medicina. Intanto questa scoperta made in Italy, frutto del progetto dell’Università di Milano- Bicocca “H2-Ecomat”, sta cominciando ad arrivare al mondo dell’industria dei trasporti pubblici e privati e della distribuzione di energia. Piero Sozzani, ordinario di Chimica Industriale presso il dipartimento di Scienza dei materiali, spiega di che materiali si tratta e soprattutto come, nel loro essere “nano”, cambieranno il mondo.
1) Definiamo le nanospugne: di cosa si tratta?
Sono nuovi materiali che appartengono alle categorie dei Materiali sintetici iperreticolati (MIR) e dei Materiali porosi di origine biologica (MPOB). Alcuni dei nuovi materiali, per i quali è già in corso il deposito del brevetto, derivano dalla soia, sono biodegradabili e privi di metalli pesanti: il che permette di smaltirli tra i rifiuti organici al termine del loro ciclo di vita.
2) Che proprietà hanno?
I materiali alla vista hanno l’aspetto di una polvere e si comportano come spugne con gallerie di dimensioni estremamente piccole, nell’ordine dei nanometri: questa prerogativa permette di assorbire gas inafferrabili come idrogeno, metano e anidride carbonica. Sono dotati di un elevatissimo grado di porosità che le rende delle “spugne”.
Se la polvere viene inserita in una bombola è in grado di ridurre la pressione del gas, a parità di volume, fino a 30-80 atmosfere, così, ad esempio, in un recipiente di un litro riempito di materiale assorbente è possibile stoccare fino a 40 litri di metano a zero gradi. Le nanospugne hanno anche la proprietà di rilasciare i gas al termine dello stoccaggio mantenendone inalterate le caratteristiche e possono essere rapidamente usate nuovamente.
3) Da quanto ci lavorate e in quanti ? Chi finanzia?
Sono due anni che il nostro team lavora attivamente in laboratorio: all’interno del dipartimento di Scienza dei materiali e del dipartimento di Fisica tre docenti hanno guidato una squadra di una decina di ricercatori tra i 22 e i 32 anni. Si tratta di un progetto biennale, H2-Ecomat, che ha un valore complessivo di 750 mila euro, di cui 375 mila finanziati dalla Regione Lombardia e la restante parte dal nostro Ateneo.
4) L’applicazione delle nanospugne relativa all’aumento della capacità di trasporto di carburante gassoso che implica una maggior autonomia dell’automobile: come funziona?
I serbatoi di metano delle auto equipaggiati con le nanospugne possono contenere più carburante per una maggiore autonomia e azzerare i rischi di esplosione: il materiale può infatti abbassare la pressione in una bombola di gas da 200 a 30 atmosfere, rendendo da un lato la trazione automobilistica a gas molto più sicura e dall’altro il serbatoio molto più leggero.
5) Bombole e contenitori diventano più leggeri e meno ingombranti: possiamo quantificare la diminuzione di peso e capire i vantaggi pratici?
Bisogna innanzitutto considerare che questo aspetto dipende in maniera decisamente marcata dalle applicazioni e dal tipo di veicolo che trasporta tali contenitori. Comunque, una bottiglia di un litro piena di materiale può condensare senza nessuna compressione anche decine di litri di metano in forma gassosa. Facendo l’esempio con il metano, in un recipiente di un litro riempito di materiale assorbente è possibile stoccare 40 litri di metano a zero gradi, senza comprimerlo. Possiamo considerare il trasporto su nave ad esempio: fino ad ora le tecnologie comunemente applicate sono quelle di ricorrere ad altissime pressioni o liquefare i gas a temperature molto basse con sistemi frigoriferi, che consumano energia in continuità.
Con l’utilizzo delle nanospugne, invece, sarebbe possibile trasportare più metano senza comprimerlo e sicuramente i rischi attuali risulterebbero inferiori. Inoltre, ci sarebbero delle economie nella redistribuzione, grazie alla riduzione dei costi di rigassificazione.
6) Esistono anche applicazioni a impianti in cui l’anidride carbonica e i gas solforati devono essere rimossi dall’idrogeno e dal metano: come agiscono lì? di che tipo di impianti si tratta? In cosa consiste il vantaggio e cosa vanno a sostituire le nanospugne?
Tipicamente questo avviene a valle degli impianti e delle condutture di trasporto dell’idrogeno e del metano in cui l’anidride carbonica e i gas solforati debbano essere rimossi dal gas di interesse: i materiali nanospugna catturano gas contaminanti e tossici da un flusso di gas da decontaminare, agiscono proprio per separazione.
7) Ci sono altre applicazioni? E in futuro?
Stiamo studiando delle applicazioni nei settori in cui serve un assorbimento e un rilascio, come ad esempio nella medicina, per il rilascio di farmaci. Stiamo entrando ora nella fase del trasferimento tecnologico alle aziende del settore dei trasporti pubblici e privati e della distribuzione di energia. Numerose industrie hanno espresso interesse per i risultati ottenuti sui materiali innovativi e ci sono segnali per un impatto sulle assunzioni di giovani da noi formati, che abbiano le capacità di seguire il percorso di scale-up e di implementazione tecnologica delle scoperte. Questo rappresenta un ulteriore esempio di efficacia e di eccellenza della ricerca italiana.