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Nanotecnologie al servizio dell'ambiente, come possono aiutarci Ingegnere alle prese con le nanotecnologie - Credit: iStock
GREEN 30 luglio 2021

Nanotecnologie al servizio dell'ambiente, come possono aiutarci

di Maura Corrado

Energie rinnovabili, trattamento delle acque inquinate e agricoltura: ecco 3 esempi di impiego delle nanotecnologie

La nanotecnologia è la scienza dell’infinitamente piccolo.

È un insieme di metodi e tecniche per la manipolazione della materia su scala dimensionale inferiore al micrometro, valore compreso fra 1 e 100 nanometri. Per la precisione, un nanometro è pari a un milionesimo di millimetro e a un miliardesimo di metro.

> > > Leggi anche "Glossario: Nanotecnologie" su Le Macchine Volanti!

A cosa servono le nanotecnologie

L’obiettivo è realizzare prodotti e dispositivi del tutto nuovi, grazie all’apporto di diverse discipline, tra cui chimica, biologia molecolare, scienza dei materiali e fisica, fino ad arrivare all’ingegneria meccanica ed elettronica. Non è solo una questione di dimensioni. I vantaggi e i benefici del mondo nanotech sono legati anche ai cambiamenti che i materiali subiscono - nelle loro caratteristiche fisiche, chimiche e strutturali - nel momento in cui passano dalla forma naturale a quella nanometrica.

 

Ad esempio l’oro, nella sua forma originaria, presenta il classico colore giallo, mentre cambia colore quando viene sintetizzato sotto forma di nanoparticelle e immerso in soluzione. Con l’avvento delle nanotecnologie, dunque, sono emersi materiali dalle proprietà inedite (non presenti nelle loro forme naturali), che hanno aperto nuovi scenari in diversi settori - chimica, medicina, edilizia, ecc. – e vengono sempre più utilizzati per una maggiore sostenibilità ambientale.

Energia solare a basso costo

Sfruttare le nanotecnologie per mettere a punto sistemi capaci di assorbire, convertire e stoccare l’energia solare in modo sostenibile e con bassi costi di produzione. È l’obiettivo di Light-Cap, progetto di ricerca quadriennale che ha da poco ricevuto un finanziamento di 3,18 milioni di euro da parte dell’Unione Europea, nell’ambito del programma Horizon 2020. A condurlo sarà un consorzio internazionale guidato dall’Istituto Italiano di Tecnologia e composto da partner europei ed extra-Ue.

 

Per l’Italia partecipano anche il Politecnico di Milano e la startup Bedimensional. Ad oggi la conversione e l’immagazzinamento dell'energia solare si basano principalmente su pannelli solari in silicio e batterie ingombranti, tenute separate in dispositivi distinti. Il progetto Light-Cap mira invece a introdurre una nuova architettura, basata proprio sulle nanotecnologie, in grado di combinare le due funzionalità di conversione e stoccaggio in un unico dispositivo versatile (e possibilmente anche portatile). I ricercatori useranno materiali ecocompatibili e facilmente reperibili, come i minerali presenti nella crosta terrestre. 

Il trattamento delle acque inquinate

La nuova frontiera per il trattamento delle acque inquinate è rappresentata dall’utilizzo di nanomateriali ottenuti da scarti o rifiuti agricoli, che dunque non costituiscono un pericolo per gli ecosistemi naturali. Lo dimostra il progetto “Nanobond, nanomateriali per la bonifica associata a dewatering di matrici ambientali”, cofinanziato dal Fondo europeo per lo sviluppo regionale (FESR) e che coinvolge università, enti di ricerca e aziende private. Il progetto associa alle membrane geotessili drenanti, già ampiamente utilizzate per la rimozione della fase acquosa da dragaggi soggetti a bonifica, l’utilizzo di nanotecnologie sostenibili ed ecocompatibili, che agiscono rimuovendo gli inquinanti nocivi dalle acque e dai sedimenti.

 

Quest’ultima pratica, conosciuta anche con il nome di nanoremediation, avviene attraverso l’utilizzo di materiali strutturati chiamati nanospugne, appositamente creati nell’ambito della ricerca del progetto attraverso il concetto dell’eco-design, ovvero con la verifica dal punto di vista tossicologico della loro sicurezza per applicazioni ambientali come la bonifica dei dragaggi. I nanomateriali garantiscono così un idoneo trattamento delle acque senza la necessità di un impianto di depurazione, offrendo un notevole risparmio, soprattutto su bacini d’acqua molto grandi: canali di bonifica o aree portuali, come quella del porto di Livorno o della darsena dei Navicelli a Pisa, dove il progetto è stato testato. Le nanospugne sono ricavate da cellulosa di carta da macero o da prodotti di scarto organico, come i tuberi, da cui è stato ricavato l’amido.

Le vernici nanotecnologiche

Negli ultimi anni le ricerche tecnologiche in campo edile si sono sempre più indirizzate verso lo sviluppo di materiali innovativi ed ecosostenibili, da utilizzare in alternativa ai materiali da costruzione tradizionali. Le vernici nanotecnologiche sfruttano la tecnologia molecolare per migliorare la riflettanza del calore e assicurare così migliori prestazioni energetiche all’immobile. All’interno di queste vernici sono infatti presenti microsfere di ceramica che isolano e riflettono i raggi solari e nanoparticelle di biossido di silicio che le rendono idrorepellenti. In questo modo si genera una specie di effetto thermos che mantiene più stabile la temperatura della casa, trattenendo il calore (o la frescura) all’interno.

 

Ciò assicura il massimo comfort abitativo, con un considerevole risparmio economico in bolletta. C’è dunque un minore dispendio di energia per riscaldare e rinfrescare gli spazi interni e meno emissioni di CO2. Le vernici nanotecnologiche di qualità sono realizzate nel pieno rispetto della sostenibilità ambientale anche per quanto riguarda i materiali: calce NHL, cocciopesto, calce idrata, vetro cellulare, perlite espansa rivestita, inerti leggeri e leganti naturali sono tra i componenti più utilizzati. Inoltre, le nanosfere in ceramica sono perfettamente compatibili con gli interventi di bioedilizia.

Agricoltura sostenibile

Le nanotecnologie trovano sempre più largo impiego anche in agricoltura, per renderla sempre più sostenibile, in particolare per evitare gli sprechi e ottimizzare gli interventi. Da qualche anno, ad esempio, sono disponibili i fertilizzanti liquidi vegetali che contengono al loro interno nutrienti in forma nano. Nello specifico, sono particelle in stato colloidale che hanno dimensioni comprese tra 1 e i 100 nanometri. Grazie all’impiego di questa tecnologia, i nutrienti non precipitano nel terreno e non subiscono perdite per dilavamento o retrogradazione. La loro piccolissima dimensione consente di muoversi nel suolo per flusso di massa, avvicinandosi alle radici. Lo stato colloidale, inoltre, aumenta la superficie specifica migliorando l'assorbimento dei nutrienti. Questa nuova generazione di fertilizzanti è utilizzabile in qualsiasi condizione di temperatura e di luce, è completamente biodegradabile, non lascia residui ed è efficace già a bassi dosaggi.

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