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Il Blog sulla Nanotecnologia

Riciclare nanomateriali: la strada del futuro

Dal riciclo domestico a quello nel campo della nanotecnologia.

Recuperare materie prime e riutilizzarle è un tema centrale della modernità, assai determinante per la salvaguardia dell’ambiente ed il risparmio energetico.

È possibile riciclare nanomateriali o trasformare i comuni rifiuti in nanomateriali? Oggigiorno, si ha molta più familiarità con il concetto di riciclo. La maggior parte di noi è abituata a dividere i rifiuti, differenziando i diversi materiali: organico, vetro, carta, plastica e lattine, e non riciclabile. Una volta trasportati nei centri di raccolta, questi vengono puliti e convertiti in nuovi materiali, destinati al riutilizzo nel ciclo produttivo.

Uno dei principali vantaggi del riciclo è la riduzione del consumo energetico. Recuperare materiali potenzialmente utili da prodotti di scarto aiuta a preservare preziose risorse naturali e diminuisce la quantità di rifiuti da smaltire nelle discariche e negli impianti di incenerimento. Tutto ciò si traduce in una maggiore sostenibilità del ciclo di produzione, riducendo i costi e riutilizzando materie prime che altrimenti andrebbero perdute. Anche l’ambiente trae un enorme vantaggio dal riciclo; vengono, difatti, ridotte le emissioni di gas serra derivanti dall’incenerimento di materiale plastico o dal rilascio di sostanze chimiche tossiche.

Cosa sono i nanomateriali

È da questi presupposti che la comunità scientifica si sta muovendo nella direzione del riciclo anche di nanomateriali. Questi, secondo la definizione della Commissione Europea, ”sono materiali naturali, casuali o prodotti, contenenti particelle in uno stato slegato o come aggregato o come agglomerato a scala molto piccola fino a 10.000 volte più piccola del diametro di un capello”.

I nanomateriali stanno migliorando la nostra qualità di vita e contribuendo anche alla competitività dei prodotti in cui vengono usati. Difatti, possiedono proprietà chimico-fisiche uniche, che li rendono particolarmente adatti per essere utilizzati in molti prodotti di uso comune. Ad esempio, nei televisori e nei display dei computer sono presenti catalizzatori di nanoparticelle d’oro e punti quantistici inorganici.

Altri esempi possono essere: le batterie, i tessuti antibatterici, i cosmetici, gli pneumatici, i carburanti o i pannelli solari. I nanomateriali che finiscono nel cosiddetto flusso dei rifiuti sono, quindi, sempre di più. Da qui l’importanza di poterli recuperare, così come si fa per altre tipologie di materiali.

Il recupero di nanomateriali

Ad oggi, sono ancora molto poche le strategie e le metodologie sviluppate per riciclare nanomateriali e riutilizzarne le nanoparticelle. Ciò è dovuto al fatto che queste devono essere relativamente pratiche e semplici da applicare, nonché veloci e poco costose. Al tempo stesso dovrebbero anche essere efficienti da un punto di vista energetico.

Il metodo più comune usato finora per il recupero dei nanomateriali prevede l’utilizzo di magneti per separare nanomolecole contenenti ferro da miscele complesse, comprese le acque reflue. Sono state inoltre sviluppate diverse metodologie per l’estrazione, la separazione ed il riutilizzo di nanoparticelle di oro, costose e preziose, da diversi liquidi.

Riciclare nanomateriali: alcuni esempi

Il concetto di riciclare nanomateriali, recuperandoli da comuni rifiuti domestici, è comunque piuttosto recente. Ad esempio, i sacchetti di plastica sono stati usati per creare nanoparticelle di carbonio, che possono essere impiegate per le loro proprietà ottiche e per la loro potenziale applicazione come agenti di imaging nella diagnostica medica. Le nanoparticelle di carbonio sono state ricavate tagliando i sacchetti di plastica in piccoli pezzi, che poi sono stati riscaldati in una soluzione di perossido di idrogeno, ossia della comune acqua ossigenata.

Un altro esempio è quello legato ad uno dei rifiuti elettronici più comuni oggigiorno: i CD. Una volta riscaldati in un forno insieme alla sabbia, permettono di creare nanomolecole di carburo di silicio, un nanomateriale che possiede eccezionali proprietà termiche, chimiche e meccaniche. Come abbiamo visto in articoli precedenti, il liquido protettivo per schermi Armadillo è costituito anche da nanomolecole di silicio.

Una ricerca dell’Università della California

Un altro rifiuto molto comune è rappresentato dal vetro, un materiale facilmente riciclabile. Come la sabbia, anche questo è costituito da una miscela di silicio e ossigeno, meglio conosciuto col nome di silice. Un gruppo di ricercatori dell’Università della California di Riverside ha messo a punto un metodo per convertire il vetro di scarto (silice) in nanoparticelle di silicio, che possono essere utilizzate per immagazzinare energia nelle batterie. La ricerca è stata pubblicata lo scorso aprile sulla rivista scientifica online nature.com.

Il metodo è relativamente semplice. Le bottiglie di vetro vengono frantumate in piccoli pezzi; questi vengono poi puliti con isopropanolo (una sostanza presente in disinfettanti e antisettici) e mescolati al sale. Una volta che il composto ottenuto è stato riscaldato in forno insieme al magnesio, si producono nanoparticelle di silicio. Nel forno il magnesio permette di trasformare la silice in silicio; il sale, invece, aiuta ad assorbire il calore prodotto nella reazione chimica e impedisce che le nanomolecole si combinino fino a formare un pezzo di silicio molto più grande, quindi poco utilizzabile.

Queste nanoparticelle di silicio possono essere adoperate come componente efficace per l’immagazzinamento di energia nelle batterie agli ioni di litio. Questo tipo di batterie, più leggere e ricaricabili, stanno sostituendo le tradizionali batterie al piombo (più ingombranti), presenti nella maggior parte delle automobili.

Sicuramente sviluppare nuove metodiche che consentano di riciclare nanomateriali è la strada che la comunità scientifica percorrerà da qui in avanti.