Ecco cosa devi sapere sulla nanotecnologia del grafene

Di Kartik Hajela • 6 settembre 2019

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Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio e tuttavia è più resistente dell'acciaio, possiede un'eccezionale conduttività elettrica e termica ed è versatile, personalizzabile e ha usi straordinari a cui può essere destinato. Da quando il grafene è venuto alla ribalta dieci anni fa, ha dovuto affrontare importanti ostacoli nella sua commercializzazione su larga scala.

Come funziona il grafene nelle batterie Metal Aid?

La rivoluzione elettrica a cui assistiamo oggi è in gran parte dovuta a progressi significativi nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio, tuttavia l’adozione su larga scala presenta numerosi colli di bottiglia, come la densità energetica limitata, la concentrazione di minerali di litio in determinati luoghi e i rifiuti pericolosi creati durante lo smaltimento delle batterie. Le batterie metallo-aria forniscono una soluzione sostenibile ed efficiente per l’adozione su larga scala di veicoli elettrici. Le batterie metallo-aria utilizzano un metallo come anodo, aria (ossigeno) come catodo e acqua come elettrolita. Nel catodo ad aria delle batterie viene utilizzata un'asta di grafene. Poiché l'ossigeno deve essere utilizzato come catodo, il materiale del catodo deve essere poroso per consentire il passaggio dell'aria, una proprietà in cui il grafene eccelle. Il grafene utilizzato nell’elettrodo è in grado di aumentare l’efficienza della batteria di cinque volte a un terzo del costo.

Qual è l'uso del grafene nei tamponi assorbenti per olio?

Il tampone assorbente per olio LSP20 utilizza il grafene come materiale assorbente; la struttura porosa del grafene è responsabile dell'elevata capacità di assorbimento del tampone. Il tampone è estremamente leggero e ha un assorbimento molto elevato, rendendolo quindi una soluzione economica e sostenibile per l'industria delle fuoriuscite di petrolio.

Secondo il rapporto Composite Water Management Index (CWMI) pubblicato da Niti Aayog nel 2018, 21 grandi città stanno correndo per raggiungere il livello zero delle acque sotterranee entro il 2020, compromettendo l’accesso per 100 milioni di persone. Tuttavia, questa grave crisi idrica riguarda le riserve di acqua dolce, mentre l’acqua come risorsa è abbondantemente disponibile sotto forma di acqua di mare, gli attuali metodi di desalinizzazione sono estremamente inefficienti e consumano grandi quantità di combustibili fossili.

Tra le numerose proprietà straordinarie del grafene, la sua idrofobia è probabilmente una delle caratteristiche più utili per il trattamento dell'acqua. Il grafene respinge naturalmente l'acqua, ma quando vengono realizzati pori stretti, è consentita una rapida permeazione dell'acqua. Ciò ha dato origine a idee riguardanti l’uso del grafene per la filtrazione e la desalinizzazione dell’acqua, soprattutto una volta raggiunta la tecnologia per realizzare questi micropori. I fogli di grafene (perforati con fori miniaturizzati) sono studiati come metodo di filtrazione dell'acqua, perché sono in grado di far passare le molecole d'acqua ma bloccare il passaggio di contaminanti e sostanze. Il peso e le dimensioni ridotte del grafene possono contribuire a realizzare una generazione di filtri e dissalatori per l'acqua leggera, efficiente dal punto di vista energetico e rispettosa dell'ambiente.

Il futuro del grafene

Tuttavia, il 12% della popolazione indiana sta già vivendo lo scenario del “giorno zero”, a causa dell’eccessivo pompaggio delle acque sotterranee, di un sistema di gestione dell’acqua inefficiente e dispendioso e di anni di piogge scarse. Il rapporto CWMI afferma inoltre che entro il 2030, si prevede che la domanda idrica del paese sarà il doppio dell’offerta disponibile, il che implica una grave scarsità d’acqua per centinaia di milioni di persone e una eventuale perdita del 6% del PIL del paese.

La filtrazione dell’aria è un altro settore importante in cui le proprietà del grafene possono portare allo sviluppo di prodotti efficienti ed efficaci. Le attuali tecnologie di purificazione dell'aria utilizzano l'adsorbimento e la filtrazione, tuttavia quando il materiale adsorbente raggiunge il limite di saturazione deve essere sostituito. I nano compositi di grafene offrono eccellenti proprietà di adsorbimento e filtraggio, creando così un filtro dell'aria efficace.