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Il grafene può definirsi “materiale delle meraviglie” anche per il settore dell’energia?

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Il grafene può definirsi “materiale delle meraviglie” anche per il settore dell’energia?

È flessibile come la plastica ma 100 volte più resistente dell’acciaio. È il materiale più sottile al mondo: per ottenere un reticolo spesso un millimetro, ne servono tre milioni di fogli. Per questo è convenzionalmente considerato bidimensionale. Lo si può allungare fino al 120% della sua lunghezza e conduce l’elettricità 250 volte meglio del silicio. È trasparente ma è anche impenetrabile: nemmeno l’elio può attraversarlo. Stiamo parlando del grafene, materiale costituito da un singolo strato regolare e stabile di atomi di carbonio. E che, per tutti questi motivi, si è meritato l’appellativo di “materiale delle meraviglie”. Andre Geim e Konstantin Novoselov, i due ricercatori che lo hanno scoperto, si sono aggiudicati il Premio Nobel per la Fisica nel 2010, a soli sei anni dalla loro scoperta, avvenuta quasi per gioco nel 2004.

Le sue molteplici caratteristiche hanno scatenato l’entusiasmo dei ricercatori e dato il via a una vera e propria corsa ai brevetti. Il grafene è al centro di tantissimi progetti, in svariati settori: medicina, tecnologia, nanoelettronica, ingegneria. 
Per esempio, è stato utilizzato come componente di un inchiostro hi-tech, adottato per stampare circuiti flessibili che potranno essere inseriti in etichette, documenti e cerotti in grado di “dialogare” con l’interfaccia su cui sono applicati, anche quando si tratta del corpo umano. È stato lavorato fino ad ottenere delle “spugne” leggere, flessibili e super resistenti, che potrebbero essere sfruttate per rendere più solide e sicure le strutture che devono resistere alle sollecitazioni, come i ponti. È stato utilizzato anche come filtro per rimuovere i sali dell’acqua: un gruppo di ricercatori inglesi si è servito di una membrana di ossido di grafene per rendere il processo di desalinizzazione dell’acqua del mare veloce e poco costoso. Più di recente, il grafene è stato impiegato per costruire un modello di tunnel spazio-temporale più sottile di un capello: due fogli di grafene per simulare due regioni dell’Universo, uniti da un nanotubo di carbonio (il pozzo, o “wormhole”). Sul piano teorico, il lavoro, portato avanti da un team internazionale di ricercatori, propone una soluzione della cosiddetta equazione ponte di Einstein-Rosen.

E nel settore energetico? Com’è stato sfruttato questo materiale così innovativo? 
La prima applicazione pratica, semplice ed economica del grafene è una lampada a led: le proprietà del materiale rendono la lampadina più potente, efficiente e durevole di qualsiasi altro tipo di illuminazione. 
Ma, com’è facile immaginare, il grafene può servire anche per raggiungere obiettivi più complessi. Per esempio, per la produzione di idrogeno, da molti definito il carburante del futuro: il grafene, infatti, può essere utilizzato per scomporre le molecole d’acqua e ricavare l’idrogeno che potrà poi essere immagazzinato proprio tra gli atomi di carbonio del grafene. Ma può essere utile per rendere più efficienti pale eoliche e pannelli fotovoltaici. Il grafene spray può sostituire il platino contenuto nei moduli fotovoltaici, abbattendo il loro costo di ben 10mila volte. Può essere impiegato anche nella costruzione di pannelli fotovoltaici: grazie al grafene, ogni singolo fotone eccita due elettroni, dando il via a un effetto a cascata che consente di convertire la luce in elettricità con una resa nettamente superiore a quella che conosciamo. Può essere applicato alle finestre e alle altre superfici esposte alla luce del sole, rendendole in grado di produrre energia pulita.

Insomma, anche nel settore energetico, il grafene può dirsi a tutti gli effetti “materiale delle meraviglie”. E non solo: le possibilità che offre sono state appena sondate; per questo potremmo definirlo anche “materiale del futuro”. A distanza di tempo, valgono ancora le parole pronunciate da Andre Geim quando gli chiesero a cosa servisse il grafene: «Non lo so. È come presentare un pezzo di plastica a un uomo di un secolo fa e chiedergli cosa ci si può fare. Un po’ di tutto, penso».