Transizione ecologica su strati di carbonio
di Edwige Pezzulli
- Obiettivo Primario: 7 - Energia pulita e accessibile
- Obiettivo Secondario: 13 - Lotta contro il cambiamento climatico
- Materia: Fisica
La lotta ai cambiamenti climatici è una delle più importanti sfide che ci troviamo ad affrontare, e l’utilizzo del grafene potrebbe giocare un ruolo fondamentale nella strada verso il nostro successo.
Verso le rinnovabili
I recenti rapporti dell’IPCC (il gruppo intergovernativo delle Nazioni Unite che analizza e monitora i cambiamenti climatici) dipingono la Terra come un pianeta in stato di profondo malessere generale, guaribile solo tramite un tempestivo intervento volto a ridurre le emissioni di gas serra.
Per far fronte a questa necessità, l’Unione Europea ha stipulato il Green Deal, un patto con cui i paesi UE si impegnano a raggiungere la neutralità climatica, ossia ad avere una produzione netta di gas serra nulla, entro il 2050.
Diventa fondamentale quindi ripensare la società, passando da un sistema incentrato sullo sfruttamento del territorio e sull’utilizzo dei combustibili fossili, a un modello basato sullo sviluppo sostenibile e sull’utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili, operando quella che viene chiamata transizione ecologica.
L’Italia ha stanziato il 37% delle risorse a disposizione del PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza) per lo sviluppo di questo tipo di energie, con l’obiettivo di arrivare, entro il 2030, a soddisfare 55% del fabbisogno nazionale attraverso energia da fonti rinnovabili.
Un alleato della sostenibilià: il grafene
Protagonista della transizione ecologica potrebbe essere il grafene, un materiale le cui potenzialità devono ancora essere del tutto capite ma che sta già trovando le più disparate applicazioni.
Il grafene è costituito da un unico strato di atomi di carbonio, caratteristica che lo rende il materiale più sottile al mondo. Uno strato di grafene è quindi leggerissimo: con un solo grammo di questo materiale, si potrebbero ricoprire quasi 2500 mq, circa 10 campi da tennis.
Si tratta inoltre di un materiale resistente, malleabile, dall’alta conducibilità e, quindi, estremamente versatile: dall’utilizzo in campo elettronico, alla realizzazione di gomme per bici da ciclismo estremamente performanti, fino ad arrivare all’utilizzo di fogli di grafene come filtri per liquidi e ioni. E proprio queste sue caratteristiche potrebbero fare la differenza.
Energie rinnovabili e batterie
Poiché i mezzi a combustione contribuiscono moltissimo all’immissione di gas serra in atmosfera, uno degli obiettivi della transizione ecologica è quello di sostituire i veicoli a motore a combustione con veicoli a motore elettrico.
Questa operazione, che si sta già attuando, è però frenata dai limiti delle batterie odierne, che non garantiscono delle buone prestazioni ai veicoli elettrici.
Le ricaricabili sono in genere batterie agli ioni di litio, ovvero formate da due elettrodi, un catodo costituito da un composto di litio, e un anodo di grafite o altri composti carboniosi. I due elettrodi sono collegati tra loro da un conduttore che permette il passaggio di elettroni: nella fase di scarica della batteria, questi ultimi si muovono dall’anodo verso il catodo, generando corrente. Durante il ciclo di carica, invece, gli ioni di litio vengono immagazzinati dall’anodo. Questo processo porta però alla distruzione dell’anodo stesso, determinando un limite alla vita delle batterie e rappresentando un problema per la transizione ecologica: al momento, infatti, è difficile recuperare i materiali che compongono le batterie e, quindi, riciclarle.
Cariche di grafene
A differenza dei materiali finora utilizzati, il grafene ha quindi un’alta area superficiale a parità di peso, è molto flessibile e ottimo conduttore. Queste caratteristiche gli permettono di resistere meglio al processo di carica, e lo rendono molto promettente per la realizzazione di batterie leggere e facilmente ricaricabili.
Dispositivi con anodi in grafene sono già stati realizzati e inseriti in prototipi di automobili. I risultati raccontano di batterie estremamente performanti: un’autonomia superiore a 500 km, una vita media di gran lunga maggiore a quella delle normali batterie e tempi di ricarica contenuti. Per raggiungere l’80% di carica, infatti, basterebbero meno di 10 minuti.
Batterie dalla vita più lunga, che potrebbero essere progettate già immaginando la fase di riciclo. La miniera di metalli preziosi che compongono questi dispositivi, e la cui estrazione nei paesi del terzo mondo è spesso legata allo sfruttamento dell’ambiente e del lavoro, tornerebbe in circolo, rendendo così le batterie al grafene delle grandi alleate nella transizione ecologica.
Fonti
Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza
La (s)carica dei 101 watt. Tra batterie e transizione ecologica
Hassan et al. 2019, Emergence of graphene as a promising anode material for rechargeable batteries: a review.
Trasporti - Agenzia europea per l’ambiente
