La rivoluzione del grafene

Sei grandi progetti con l’obiettivo di andare oltre gli attuali confini della conoscenza. Sono stati scelti dall’Unione europea ed entro la fine dell’anno uno o due di essi riceveranno un finanziamento di 1 miliardo di euro per un decennio. Ve li raccontiamo qui su Fanpage.

Due anni fa valse ai suoi scopritori il premio Nobel per la fisica: è il grafene, materiale straordinario di cui ormai si parla in tutti gli ambienti scientifici come del motore della prossima rivoluzione tecnologica. Si tratta di uno strato di carbonio dello spessore di un atomo, in cui gli atomi all’interno della molecola sono strutturati in una configurazione a forma esagonale (da cui il suffisso –ene). Ciò conferisce al grafene – ottenibile solo in laboratorio – una forza maggiore di quella del diamante, ma anche una maggiore leggerezza, flessibilità, e una straordinaria conducibilità elettrica. Il grafane può sostituire egregiamente il silicio, oggi alla base di tutti i circuiti elettronici e quindi dell’attuale civiltà dell’information technology. Nel prossimo futuro i processori dei nostri computer e smartphone, le batterie dei nostri dispositivi mobili, la scocca delle nostre automobili e la fusoliera degli aerei, tutto sarà in grafene.

Un futuro chiamato grafene

Una rivoluzione che l’Unione europea intende promuovere con un finanziamento di 1 miliardo di euro in dieci anni. Se il progetto “Graphene-CA” sbaraglierà la concorrenza degli altri sei progetti-pilota selezionati dalla Commissione europea, il grafene inizierà presto a invadere la nostra società. La Nokia ci sta già lavorando, e non casualmente sta già finanziando i lavori del consorzio “Graphene-CA”, che include ben 130 gruppi di ricerca tra istituzioni accademiche e grandi nomi dell’industria ad alta tecnologia di 21 paesi europei, tra cui l’Italia con il Consiglio Nazionale delle Ricerche. In particolare, Nokia sta lavorando a un concept chiamato “Morph” che potrebbe portare alla realizzazione di un dispositivo mobile molto più futuristico dei più avveniristici smartphone in circolazione, come dimostra il video di presentazione realizzato dai laboratori del colosso tecnologico finlandese. “Qui non stiamo parlando solo di telefoni cellulari, stiamo parlando di tecnologia nel suo termine più ampio. Una volta che la tecnologia sarà sviluppata, la vostra televisione potrebbe in teoria essere semplicemente srotolata e incollata al muro del vostro soggiorno, come un poster”, spiegano alla Nokia.

All’Università di Stanford hanno già applicato il grafene alle tradizionali batterie alcaline, aumentando enormemente la loro durata e soprattutto il tempo di ricarica: una batteria riesce a ricaricarsi completamente in appena due minuti, se si applica su di essa una pellicola nanometrica di grafene. Una scoperta che potrebbe presto essere applicata alle auto elettriche, il cui maggior problema è proprio dato dal consumo di elettricità e dai tempi di ricarica. Un doppio strato di grafene può inoltre essere alla base di circuiti elettrici capaci di risultare enormemente più veloci di quelli attualmente impiegati nei processori attraverso il silicio. E ancora, applicando strati di grafene ai futuri pannelli fotovoltaici si potrebbe garantire un significativo aumento delle loro prestazioni in termina di energia prodotta. Questo senza parlare dei suoi impieghi più banali, come antiossidante: il grafene è praticamente trasparente (riflette solo il 2% della luce) ma è assolutamente impermeabile, nemmeno un atomo di elio può passarvi attraverso. Basta passare sopra un oggetto una pellicola di grafene (dello spessore, ricordiamo, di un atomo!) et voilà! Pellicola sottilissima, certo, ma praticamente indistruttibile: è 200 volte più resistente dell’acciaio!

Le prossime sfide del grafene

Non c’è da stupirsi se nel giro di appena due anni il grafene è diventato il principale tema di discussione nelle facoltà di ingegneria, elettronica, chimica e fisica. Si fa a gara a scoprirne nuove applicazioni e a presentare richieste di brevetto. Ma solo lo sforzo congiunto di numerosi gruppi di ricerca potrà permettere di spingere il mondo nella nuova era della tecnologia al grafene. Il consorzio “Graphene-CA” è coordinato dalla Chalmers University of Technology in Svezia e include tra i gruppi di ricerca più importanti quelli delle università di Cambridge, Lancaster e Manchester nel Regno Unito, l’Istituto Catalano di Nanotecnologia in Spagna, la multinazionale tedesca AMO GmbH leader nelle applicazioni industriali nanotecnologiche, e vanta la consulenza di quattro fisici premi Nobel – Andre Geim e Konstantin Novoselov, che hanno condiviso il Nobel del 2010 per la scoperta del grafene, Albert Fert (Premio Nobel 2007) e Klaus von Klitzing (1985) – le cui scoperte hanno spianato la strada all’accelerazione tecnologica degli ultimi anni.

Il grosso del lavoro da compiere nei prossimi anni consiste nel creare una produzione di grafene su scala industriale, per tutte le applicazioni possibili, da quelle necessarie alle grandi industrie a quelle per il singolo utente: dai cellulari ai computer passando per le nostre autovetture, la cui carrozzeria diventerà più resistente agli urti una volta trattata con uno o due strati di grafene. “L'ostacolo principale è la produzione di grafene in grandi quantità, con proprietà controllate e a basso costo”, spiega Elisa Molinari, che guida le ricerche all’Istituto di Nanoscienze del CNR. “Ci sono diverse strategie possibili, ma ancora non sappiamo quale sarà la vincente. E poi sarà critico risolvere il problema della stabilità dei materiali e dei dispositivi nel tempo”. Saranno queste le sfide che affronterà il consorzio “Graphene-CA” nei prossimi dieci anni grazie all’eventuale finanziamento di un miliardi di euro della Commissione europea. Un investimento che promette un ritorno almeno dieci volte superiore, ogni anno.