Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

AntiMATERIAPRIMA. Nova Il Sole 24 Ore 6 settembre 2007. Microprocessori, Led, fibre ottiche, ceramiche ad alta resistenza, fissione nucleare, energia fotovoltaica e farmaci sono la punta di diamante dell’innovazione tecnologica fiore al l’occhiello dei Paesi sviluppati, ma non possono fare a meno di materie prime spesso rare e sempre più richieste come platino, indio, gallio e tantalio. Almeno fino ad ora. Perché nei laboratori di tutto il mondo si stanno mettendo a punto nuove tecnologie in grado di liberare le alte tecnologie da quel giogo malthusiano delle materie rare che nei prossimi decenni rischia di rivelarsi ancor più pesante di quello dell’energia. A giocare il ruolo da protagonista sono sempre più spesso le nanotecnologie, quell’eterogeneo insieme di tecniche che permettono di manipolare particelle con dimensioni inferiori ai 100 miliardesimi di metro, dando vita a una nuova scienza dei materiali in grado di aggirare la legge di Moore. Il loro impiego industriale è appena agli esordi, ma presso l’Università della California a Irvine, Peter Burke ha recentemente dimostrato che il loro impiego nei telefoni cellulari permetterebbe di trasportare i pacchetti di dati a velocità di 10 gigahertz impensabili con gli attuali collegamenti dei processori. «La carenza di un materiale raro spesso può diventare l’occasione per introdurre una nuova tecnologia, una soluzione magari eccellente e già studiata che fatica a scalfire la barriera delle tecnologie consolidate», osserva Elisa Molinari, direttrice del Centro S3 dell’Infm-Cnr per I materiali nanostrutturati presso l’Università di Modena. Da qui negli ultimi anni sono uscite molte innovazioni sviluppate su misura per l’industria ceramica, dell’automotive, della Formula Uno e del biomedicale, ma la visione più a lungo termine è il leit-motif della ricerca. In particolare, si studiano i nanotubi di carbonio non solo per le loro applicazioni meccaniche e strutturali, ma anche per le loro proprietà di conduzione elettrica e di assorbimento della luce che potrebbero aprire la strada ad applicazioni nell’optoelettronica e nei pannelli solari, liberando il settore del fotovoltaico dal collo di bottiglia di materiali convenzionali. I nanotubi, non sono altro che atomi di carbonio legati per formate sottilissimi foglietti spessi appena un atomo dello stesso materiale che compone la punta delle comuni matite. Arrotolati a formare condotti del diametro di circa un nanometro, un nanotubo appunto, esibiscono proprietà di conduzione elettrica analoghe a quelle di semiconduttori pregiatissimo come il gallio, l’arsenico e il silicio, ingredienti al cuore dell’attuale elettronica e optoelettronica. «La bellezza di queste nanostrutture è però la flessibilità delle loro caratteristiche rispetto ai vincoli della tavola periodica – osserva Molinari – perché a seconda di come i foglietti di grafite vengono arrotolati cambiano le loro propietà di conduzione e si possono costruire dei veri e propri semiconduttori su misura». L’industria dell’It è attenta a queste applicazioni ed è propio nei laboratori dell’Ibm a Yorktown Heights (NY) che qualche anno fa Phaedon Avouris ha realizzato i primi dispositivi elettronici in nanotubi di carbonio. Pochi settimane fa Avouris, a Genova per il principale congresso internazionale sulla nanoelettronica, si è detto ottimista sugli sviluppi di un nuovo settore basato sulla nanoelettronica e la nano-ottica. «Anche il grafene, che in pratica è un singolo foglio atomico di grafite ma disteso, si sta rivelando molto interessante – osserva Molinari – e oggi si comincia già a integrarli in alcuni componenti elettronici per i calcolatori. Anche in questo caso, a seconda dell’angolo con il quale si taglia il materiale, possono cambiare le sue proprietà di conduttore». Il nanomondo è un terreno sempre più frequentato anche dai chimici che stanno mettendo a punto sistemi di molecole sensibili alla luce che potrebbero presto sostituire i transistor e gli interruttori logici che oggi fanno funzionare tutta l’elettronica. «Una delle caratteristiche più interessanti di questi sistemi di molecole con dimensioni di tre o quattro nanometri è la loro sensibilità alla luce – osserva Vincenzo Balzani, dal cui laboratorio all’Università di Bologna sono già usciti un ascensore molecolare e Sunny, un nanomotore alimentato dalla luce – ma bisogna ancora capire come queste strutture potranno essere applicate ai sistemi elettronici». I fautori della miniaturizzazione vedono il nanotech come una miniaturizzazione in grado di aumentare prestazioni e tagliare costi e impiego di materiali grazie a chip con interruttori molecolari, senza però modificare sostanzialmente le architetture dei circuiti utilizzati oggi. «Una via più ambiziosa è lo sviluppo di un computer chimico» spiega Balzani, che ha recentemente messo a punto una "prolunga molecolare" in grado di trasportare fotoni da una molecola all’altra. «Sarebbe più simile a un sistema biologico che ai calcolatori che conosciamo oggi. Le operazioni avverrebbero sempre in maniera binaria, ma, analogamente a quanto avviene nei nostri neuroni, attraverso lo scambio di ioni o la modifica della conformazione di alcune molecole attraverso la luce. Ciò permetterebbe velocità di calcolo altissime e costi molto ridotti perché si tratterebbe di molecole di sintesi». L’elettronica del futuro sarà probabilmente un mix che integrerà entrambe le soluzioni. Forse non si affrancherà completamente dai metalli rari, ma ne ottimizzerà l’utilizzo come nel caso delle celle solari di nuova generazione sviluppate da Michael Grätzel e Brian O’Regan negli anni ’90 presso il Politecnico di Losanna dove alcune molecole di rutenio, un metallo nobile della famiglia del platino, si comportano come un nano-pannello in grado di catturare i fotoni della radiazione solare. Anche sul fronte dell’energia la ricerca promette di giocare un ruolo fondamentale. «Le prossime generazioni di reattori atomici, in particolare quello veloce che vedremo tra 20 anni – osserva Renato Ugo, presidente dell’Associazione italiana per la ricerca industriale – promettono di lavorare in ciclo chiuso, ottimizzando l’utilizzo del combustibile fossile e, soprattutto, riducendo al minimo le scorie che oggi creano problemi di stoccaggio». Elettronica e scienze dei materiali stanno facendo finalmente decollare anche le celle a combustibile, concepite nel 1839, ma finora troppo costose per l’utilizzo di platino come catalizzatore. «Abbiamo brevettato e stiamo sviluppando l’utilizzo delle fuel cells come veri e propri reattori» spiega Claudio Bianchini, direttore dell’Istituto per composti organometallici del Cnr di Firenze che ha messo a punto celle con palladio invece di platino. In particolare, Bianchini utilizza le sue celle per spezzare le molecole di glicerolo, un sottoprodotto della lavorazione del biodiesel, ottenendo Watt e acido glicolico, una molecola molto richiesta dal l’industria tessile, cosmetica e chimica. Energia e molecole di pregio, roba da far invidia anche a Michael Faraday. Guido Romeo

NOVA IL SOLE 24 ORE 06/09/2007