Innovazione: la CO2 atmosferica si trasforma in grafene

Un team di ricercatori sostituisce il metano con l’anidride carbonica come fonte di carbonio per la produzione del grafene

Riciclare la CO2 atmosferica nell’elettronica: il sogno del KIT

(Rinnovabili.it) – La CO2 atmosferica di origine antropica è dipinta da molti come il cattivo del 21° secolo. Ma c’è qualcuno che è pronto a cambiargli ruolo trasformandola addirittura nell’eroe di quest’era tecnologica: il grafene. Succede in Germania, dove un gruppo di scienziati dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) ha sviluppato un modo semplice per trasformare l’anidride carbonica in una risorsa utile.

Versatile e multiuso, il grafene rappresenta uno dei materiali in richiesto in ambito tecnologico la produzione su scala industriale tuttavia è ancora un problema, nonostante la sua apparentemente semplice: un foglio bidimensionale di atomi di carbonio. All’inizio il grafene veniva realizzato “affettando” la grafite, ma negli ultimi anni gli scienziati sono riusciti a produrlo con diverse tecniche, dall’incisione laser del legno allo sfruttamento della corteccia di eucalipto (leggi anche Dall’Australia grafene “verde” ottenuto grazie alla corteccia).

 Oggi il metodo più comune sfrutta la deposizione chimica da fase vapore (chemical vapor deposition): questa tecnica utilizza un substrato metallico, solitamente rame, riscaldato oltre i 1000 °C, sulla cui superficie il carbonio cristallizza sotto forma di grafene, all’interno di una camera con atmosfera attiva di metano ed idrogeno. La tecnica del team KIT funziona allo stesso modo, ma utilizza la CO2 atmosferica come fonte di carbonio al posto del metano. In questo caso, anidride carbonica e idrogeno riempiono la camera, mentre il substrato è un wafer fatto di rame e palladio.

 “Se la superficie metallica mostra il corretto rapporto tra rame e palladio, la conversione dell’anidride carbonica in grafene avverrà direttamente in un semplice processo in un’unica fase”, spiega Mario Ruben, a capo del gruppo di ricerca del KIT. Il team è riuscito a dimostrare la validità del processo e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista ChemSusChem. In ulteriori esperimenti i ricercatori sono stati persino in grado di produrre grafene con diversi strati di spessore, il che potrebbe essere interessante per le possibili applicazioni in batterie, componenti elettronici o materiali filtranti. Il prossimo obiettivo del gruppo di lavoro è quello di formare componenti elettronici funzionanti direttamente dal nuovo grafene.

FONTE http://www.rinnovabili.it/innovazione/co2-atmosferica-grafene/

Alcune delle innumerevoli proprietà del grafene:

– Resistenza meccanica 50 volte superiore a quella dell’ acciaio;

– Più del doppio della conducibilità termica del diamante;

– Densità pari alla metà dell’ alluminio e così denso che nemmeno l’ elio, il più piccolo gas atomico, può attraversarlo

– Elevata arrendevolezza, ovvero la capacità di lasciarsi plasmare a piacimento per ogni uso senza rischiare di romperlo;

– Resistente alla temperatura e alle variazioni del PH.

Alcuni dei campi di applicazione di questo materiale…

Il “Massachussets Institute of Technology” negli Stati Uniti ha effettuato un esperimento di osmosi inversa con il grafene, arrivando ad ottimi risultati. La struttura molecolare del grafene consente di creare dei fori di qualsiasi dimensione sulla sua superficie e per questo motivo è stato possibile far passare l’ acqua pura da una parte e i sali dall’ altra. Non c’ è nulla di nuovo in questo esperimento, solo che con l’ utilizzo di questo materiale sarà possibile avere a disposizione equipaggiamenti molto più piccoli, un costo energetico pari praticamente a zero del filtraggio dell’acqua e la potabilizzazione.

La combinazione delle sue proprietà meccaniche con quelle elettriche ne consente l’impiego nell’elettronica flessibile e pieghevole, con la creazione di dispositivi che si ripiegano su se stessi, che si possono arrotolare o mettere al polso. Gli elettroni riescono a viaggiare in questo materiale con una velocità prossima a quella della luce, rendendolo così il sostituto del rame nei nostri computer. Proprio su questa via, INTEL e IBM stanno studiando delle soluzioni per risolvere il problema legato alle tecnologie in silicio che, pur essendo superiori a qualsiasi altra, producono una quantità di calore elevatissima. Il grafene, perciò, per le sue proprietà termiche straordinarie potrebbe risolvere questi problemi. Inoltre, l’eccezionale mobilità delle cariche, accompagnata da opportune soluzioni architetturali, potrebbe permettere la realizzazione di transistori a bassissimo consumo per applicazioni portatili come telefoni cellulari o palmari, che potrebbero essere ricaricati una volta al mese, invece che ad intervalli di qualche giorno, oltre al fatto che le batterie dei cellulari saranno in grado di ricaricarsi molto più rapidamente (si stima intorno ai 15 minuti).

Nuovi pannelli solari, più leggeri e biocompatibili saranno interamente in carbonio. Si elimineranno così i più fragili e costosi fatti con ossidi di Indio-Stagno, materiale che si trova con sempre maggiore difficoltà nel nostro pianeta. Saranno inoltre più efficienti, facili a riciclare e costituiti da due celle fotovoltaiche inserite tra due strati di grafene. La luce attraversa gli strati di grafene e colpisce la cellula fotovoltaica, con il risultato di generare elettricità che è poi trasportata dal grafene.

Si spazia poi dal settore aereo (velivoli leggerissimi che quindi consumano poco carburante) a quello sportivo.

Quali sono i costi?
L’ interesse a livello internazionale è troppo grande, tanto che l’ Unione Europea ha finanziato con un miliardo di euro un progetto per portarlo sul mercato.
Sono state sviluppate varie tecniche di produzione del grafene, ma al momento non c’è nessun metodo efficace e poco costoso per ottenere grandi fogli. Si stima infatti che il costo per produrre un chilogrammo di grafene siano intorno ai 30-35.000 euro.

FONTE ARTICOLO INTEGRALE https://aerospacecue.it/grafene-materiale-per-futuro/1006/

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LEGGI QUI https://cordis.europa.eu/project/rcn/95268/brief/it

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