Di Nogeoingegneria
Il grafene è uno dei materiali più versatili e promettenti della ricerca contemporanea – la quantità e la varietà di applicazioni in sviluppo lo rendono protagonista in settori che spaziano dalla tecnologia alimentare all’energia e all’ambiente.
Il grafene ha il potenziale di fondere elettronica, monitoraggio, sostenibilità ed efficienza energetica, con applicazioni che vanno dall’elettronica commestibile e packaging intelligente fino a tecnologie energetiche di nuova generazione e metodi innovativi di produzione sostenibile. La ricerca corre veloce: oggi il grafene non è più un sogno futuristico, ma una realtà in rapida espansione che trasforma CO₂ in soluzioni tangibili e rivoluziona dal cibo all’energia, spesso in modi letteralmente invisibili o perfettamente integrati nelle nostre abitudini quotidiane.
Ecco una panoramica dei suoi usi:
Elettronica commestibile e alimenti intelligenti
È già possibile “stampare” circuiti elettronici direttamente su alimenti usando il grafene generato per induzione laser su materiali ricchi di carbonio (come pane, patate o cartone). Questi circuiti possono fungere da etichette di tracciabilità, sensori alimentari o micro-antennas RFID, e sono virtualmente commestibili poiché si ottengono a partire dalle stesse sostanze degli alimenti
GRAFENE SUL CIBO PER INCORPORARE ETICHETTE E SENSORI: È IN ARRIVO L’ELETTRONICA COMMESTIBILE?
Packaging alimentare avanzato
Il grafene viene utilizzato per creare imballaggi “intelligenti” in grado di prolungare la conservazione degli alimenti, proteggendo da microbi e contaminanti e offrendo monitoraggio attivo grazie a sensori integrati.
Riscaldamento e climatizzazione
I radiatori e i sistemi di riscaldamento basati su grafene sfruttano la sua straordinaria conducibilità termica, consentendo di produrre calore in modo più efficiente (con risparmi fino al 30% sulla bolletta). Il grafene permette la realizzazione di caloriferi sottilissimi che si integrano su superfici come finestre, pareti o addirittura sotto forma di carta da parati elettrica riscaldante. Questi sistemi sono considerati ecologici, compatti, a basso consumo e funzionano anche come elementi di design.
Caloriferi e pannelli riscaldanti a base di grafene, inclusi carta da parati elettrici riscaldanti e superfici trasparenti riscaldanti.
Energia e fotovoltaico
Il grafene viene utilizzato per migliorare le prestazioni dei pannelli solari: alcune celle sono in grado di generare energia anche dalle gocce di pioggia, grazie alla reazione tra gli ioni della pioggia e il sottile strato di grafene. Sebbene la tecnologia sia ancora in fase di ricerca e abbia una resa relativamente bassa rispetto alle celle standard, rappresenta una svolta per la produzione elettrica in zone piovose
Cloud seeding e ingegneria meteorologica
Nanoparticelle tridimensionali di ossido di grafene ridotto (rGO) combinate con biossido di silicio per stimolare la nucleazione del ghiaccio nelle nuvole e migliorare le precipitazioni (cloud seeding).
Consentono nucleazione di ghiaccio a temperature relativamente alte (-8 °C) rispetto a materiali tradizionali.
PIOGGIA ‘MIGLIORATA’ CON NANOPARTICELLE DI OSSIDO DI GRAFENE
Filtrazione e purificazione
Membrane nanoscalate di ossido di grafene per purificazione di acqua contaminata da pesticidi, farmaci e inquinanti industriali
Filtri altamente selettivi e efficienti
Produzione sostenibile di grafene
Sintesi di grafene a partire da CO₂ atmosferica o da sottoprodotti industriali del carbonio, con doppio beneficio di riduzione delle emissioni e produzione di materiale avanzato. Diversi gruppi di ricerca hanno dimostrato che è possibile sintetizzare grafene direttamente dal diossido di carbonio utilizzando processi catalitici ad alta temperatura (fino a 1.000°C) con metalli speciali come rame e palladio
IL CATTIVO DIVENTA EROE – CO2 ATMOSFERICA TRASFORMATA IN GRAFENE
Biomedicina
Nanoparticelle di grafene per imaging cellulare in 3D senza marcatori chimici
Portatori per farmaci e vaccini
Distruzione mirata di cellule tumorali tramite internalizzazione di nanoparticelle
Tecnologie di sensori avanzati
Sensori basati su grafene per rilevare ioni metallici, virus, proteine, acidi nucleici e piccole molecole
Materiali compositi avanzati
Inclusione di grafene in materiali compositi per migliorarne resistenza, conduttività e funzionalità smart
Questo elenco dimostra la straordinaria versatilità del grafene, che fonde proprietà elettroniche, meccaniche, chimiche e ambientali rendendolo un materiale estremamente promettente per molteplici settori tecnologici e industriali. La possibilità di usarlo in campo ambientale (cloud seeding), energetico, sanitario, alimentare e della domotica lo rende una “arma segreta” dell’innovazione modern
Le etichette di grafene commestibile potranno informare sullo stato del prodotto, la presenza di batteri, la scadenza o la provenienza, integrando la tracciabilità alimentare direttamente nell’alimento senza il rischio di rifiuti o contaminazioni
Si sviluppano anche sensori a base di grafene per la rilevazione di patogeni negli alimenti e per la sicurezza alimentare in tempo reale
Questi imballaggi combinano carta o PLA con ossido di grafene, attivato da probiotici o particelle nano-metallizzate
Sono in fase di test anche versioni trasparenti applicabili sui vetri, per riscaldare efficacemente ambienti freddi senza la necessità di radiatori convenzionali
In senso più generale, il grafene viene studiato anche per la capacità di ripulire o filtrare acqua, separare CO₂ e come materiale per filtri e membrane innovative
. Questo processo potrebbe rappresentare una doppia vittoria: eliminare la CO₂ atmosferica e produrre un materiale prezioso per una miriade di usi tecnologici.
Ci sono anche metodi sostenibili che partono da sottoprodotti industriali del carbonio, riducendo il costo energetico rispetto ai processi tradizionali
https://www.graphene.manchester.ac.uk/learn/application/
https://cordis.europa.eu/article/id/401207-graphene-and-2d-materials-on-track-to-innovative-applications
https://www.uk-cpi.com/blog/13-graphene-applications-that-will-transform-your-future
https://www.ri.se/en/news/blog/graphene-what-happened-after-the-hype
https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=6795
https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/innovative-applications-graphene-and-2d-materials
https://graphene-flagship.eu
Le criticità e i potenziali rischi del grafene
soprattutto sotto forma di nanoparticelle—sono oggetto di studio e stanno emergendo aspetti importanti di sicurezza e salute pubblica:
Tossicità potenziale: l’ossido di grafene (GO) e le sue nanoparticelle, se disperse in acqua, possono rimanere stabili e mobili nelle acque superficiali, con potenziali impatti ambientali negativi. Nei corpi umani, alcune nanoparticelle possono perforare membrane e tessuti, con possibile tossicità cellulare.
Gli studi indicano che il grafene va considerato un materiale nanometrico con potenziali rischi per la salute e l’ambiente, in particolare per inalazione e contaminazione acquatica. La tossicità effettiva dipende dalla forma, dimensione, dosaggio e modalità di esposizione, pertanto ogni applicazione richiede uno studio accurato e protocolli di sicurezza dedicati. In sintesi, mentre il grafene è un materiale eccezionale per le sue proprietà, è fondamentale proseguire con cautela e approfondire l’analisi dei rischi associati alla sua diffusione.
Effetti respiratori: inalare nanoparticelle di grafene può causare infiammazioni polmonari, fibrosi e danni cellulari, come evidenziato da studi su animali e modelli cellulari 3D. Le particelle possono accumularsi anche in organi come fegato, milza e linfonodi.
Neurotossicità e biodistribuzione: nanoparticelle molto piccole (sotto i 100 nm) possono attraversare barriere biologiche delicate (barriera emato-encefalica, placentare) con potenziali effetti tossici ancora poco chiari, necessitando di ulteriori ricerche.
Rischio di esposizione professionale: il grafene in polvere è potenzialmente esplosivo e la manipolazione richiede misure di sicurezza specifiche. L’esposizione industriale e in laboratorio necessita valutazioni di rischio rigorose per evitare impatti sulla salute.
Incendi e combustione: residui di grafene presenti in materiali compositi dopo combustione sembrano al momento innocui in esposizioni acute, ma non si escludono rischi a lungo termine.
La storia mostra spesso un modello di sviluppo tecnologico in cui l’innovazione viene adottata su larga scala prima che i suoi effetti a lungo termine siano completamente compresi. Questo vale particolarmente per materiali nuovi e nanomateriali come il grafene, dove le proprietà eccezionali stimolano grandi aspettative e investimenti, ma la complessità dei rischi potenziali richiede tempi più lunghi per un’analisi approfondita.
Con il grafene si ha inaugurato una “nuova era” nella scienza dei materiali, che presenta grandi incognite – una procedura purtroppo comune. Dall’inizio dell’era atomica questo avviene in modo accelerato, ovunque. Ancor prima che se ne possano comprendere gli effetti reali, viene già applicato.
Alleata in questa piccola ricerca Perplexity AI
https://www.europeanconsumers.it/2022/08/08/grafene-carbonio-e-nanotransistor-il-futuro-e-tossico/
https://www.scienzainrete.it/contenuto/news/grafene-e-tossico/maggio-2014
https://www.meccanicanews.com/2024/03/20/sviluppare-il-grafene-senza-rischi-per-la-salute-umana/
https://www.ttl.fi/sites/default/files/2023-08/Migliori practiche per un lavoro sicuro sul grafene.pdf
https://www.food-hub.it/media/2019/12/13/grafene-e-sicurezza-alimentare-cosa-aspettarsi/
https://www.carlroth.com/medias/SDB-36LY-CH-IT.pdf?context=bWFzdGVyfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0c3wyNTA2Mzd8YXBwbGljYXRpb24vcGRmfGFESTNMMmhrTkM4NU1UY3dPVFl3TmpFek5EQTJMMU5FUWw4ek5reFpYME5JWDBsVUxuQmtaZ3wwMzY2ZTQ4ZTQ5NjA5MWJiNjNmMTJmMjI5YzRjNTIwNTAxMzE3MGE4M2FhZGFlZGJiZTgzNmJhYjFjYTdiOGZi
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