Quello dello sviluppo sostenibile è uno dei temi principali di discussione nella comunità internazionale ai giorni d’oggi. Infatti, l’espansione delle attività umane deve essere affiancata da un salto di qualità delle tecnologie, per evitare che l’ecosistema terrestre ne risulti ulteriormente danneggiato. L’esempio più eclatante è quello del consumo di combustibili fossili che, provocando l’emissione di notevoli quantità di anidride carbonica, comporta il surriscaldamento globale.
L’innovazione tecnologica dovrà essere in grado di sostituire le fonti di energia inquinanti con altre rinnovabili. Ne è convinto Luca Ciambriello, secondo anno del dottorato internazionale in Science. Al livello di combustibili, la migliore alternativa a quelli fossili è sicuramente rappresentata dall’ idrogeno. Infatti, mentre i carburanti di tipo fossile durante la loro combustione rilasciano anidride carbonica, l’idrogeno produce solamente acqua. La sfida consiste nel trovare un modo efficiente per la produzione di idrogeno da utilizzare come combustibile.
In questo contesto, le nanotecnologie si stanno rivelando estremamente utili: infatti queste possono agire al livello microscopico sulle molecole d’acqua, composte da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, riuscendo ad estrarre da esse l’idrogeno.
Un’attività di ricerca che studia nuovi materiali nanotecnologici per la produzione di idrogeno.
«Per mezzo degli strumenti all’avanguardia presenti nei laboratori della Cattolica di Brescia, partiamo da un normale metallo o lega metallica e lo dissociamo in un’infinità di grani, ciascuno di essi di dimensione nanometrica (un milionesimo di millimetro!). Questi grani vengono poi depositati su una qualsiasi superficie (ad esempio un vetro). Ne risulta che la superficie è ricoperta da una sottilissima pellicola metallica, detta “film”, il cui spessore è di qualche decina di nanometri. La pellicola in questione, essendo costituita da un’infinità di grani, non risulta affatto omogenea come potrebbe apparire un metallo. Al contrario essa è porosa e può essere immaginata come una groviera piena di buchi che si alternano a grani metallici. Inoltre, anche la sua superficie non è liscia ma rugosa».
Il microscopio a forza atomica.
«Questi materiali nanotecnologici, oltre ad essere prodotti, vengono studiati tramite numerose tecniche. La superficie rugosa viene scandagliata tramite il microscopio a forza atomica, la composizione chimica viene analizzata per mezzo dei raggi X. Per lo studio morfologico sono impiegati anche microscopi elettronici, mentre l’interazione del materiale con la luce è studiata attentamente per poter dedurre la disposizione interna dei grani. Dopo essere stati sottoposti ad una prima caratterizzazione, i “film” metallici sono dunque immersi in acqua per studiarne l’efficienza nella produzione di idrogeno. Le caratteristiche di porosità e rugosità di questi materiali granulari sono cruciali: infatti le molecole di acqua si infiltrano capillarmente nei pori microscopici e, appena entrano in contatto con i grani metalli, l’idrogeno viene estratto tramite una reazione chimica detta “water splitting"».
Presso i laboratori della Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali è possibile produrre molti tipi di “film” con differenti proprietà fisiche, chimiche e morfologiche. L’obiettivo è dunque quello di studiare la relazione tra queste caratteristiche e l’efficienza in termini di produzione dell’idrogeno. Successivamente alle fasi sopra descritte, sarà necessario individuare i materiali con le migliori proprietà ed utilizzare queste conoscenze per contribuire ad una futura produzione su larga scala di efficienti dispositivi per la produzione di idrogeno.
