dove si trova la chimica nel nuovo millennio?
Il progresso tecnologico, delle tecniche analitiche e di sintesi avvenuto nell’ultimo secolo ha permesso di esaminare complessi fenomeni chimici, fisici e biologici da una prospettiva macroscopica, molecolare, atomica fino al livello sub-atomico. Questo ha aperto nuove possibilità di interfaccia con le altre discipline: la crescente interazione tra la chimica, le altre scienze e l’ingegneria, è uno dei temi centrali per le scienze chimiche di questi anni.
Interdisciplinarità.
L’interdisciplinarità è essenziale per affrontare le principali sfide e guidare nuovi approcci alla ricerca, in settori chiave come l’energia e il cambiamento climatico. La cattura del carbonio, le energie rinnovabili, lo stoccaggio di energia, il riciclaggio (in materiali e processi), la sostenibilità delle sintesi chimiche per produrre composti e materiali, e la tecnologia delle batterie sono aree di ricerca che acquisiranno, e stanno già acquisendo, importanza per ogni chimico.
Nuove tecnologie per l’energia.
Harry Kroto, vincitore del Nobel per la chimica per la scoperta del fullerene, afferma che sta ai chimici essere all’avanguardia delle nuove tecnologie per l’energia.
Non a caso nel 2019 i vincitori del premio Nobel per la chimica sono stati John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham, and Akira Yoshino, a cui dobbiamo la batteria al litio, che fa parte della nostra quotidianità e che ha aperto la strada a metodi efficienti di stoccaggio dell’energia elettrica.
Livello molecolare della biologia.
Il futuro non è solo nell’energia e nei nuovi materiali, ma anche al livello molecolare della biologia, dove la ricerca di antibiotici per infezioni resistenti, di nuovi sistemi di trasporto dei medicinali nell’organismo e la creazione di nuovi tessuti umani sono solo alcuni degli esempi di strade da percorrere.
Chimica 4.0.
L’industria chimica vive una stagione di grandi cambiamenti, dall’evoluzione della competizione internazionale alla crescente attenzione verso un utilizzo delle risorse efficiente e rispettoso dell’ambiente. Dopo aver attraversato diverse fasi del proprio sviluppo – dalla chimica del carbone alla petrolchimica, fino alle sfide della globalizzazione e specializzazione – l’industria chimica sta entrando nella fase 4.0: “fare di più con meno”.
Chimica 4.0 significa economia circolare e digitalizzazione. Sin dalle fasi di progettazione, nuovi paradigmi produttivi e di recupero dei materiali si intrecciano per massimizzare l’utilizzo delle molecole già esistenti: da modelli di produzione lineari si passa a modelli circolari. La chimica gioca un ruolo fondamentale in questo contesto, in quanto si colloca a monte di diverse filiere e ha le competenze tecnologiche per guidare il cambiamento.
Nella fase di recupero, si stanno delineando strade diverse e innovative per riutilizzare i rifiuti o trasformarli in nuove risorse: dal riutilizzo vero e proprio al riciclo, meccanico e chimico, fino al recupero energetico e al riutilizzo della CO2.
In questo contesto, la digitalizzazione offre preziose opportunità per facilitare l’implementazione di modelli di economia circolare, attraverso la raccolta e condivisione di grandi volumi di dati tra gli attori della filiera e il miglioramento dei processi lungo l’intero ciclo di vita dei prodotti.
Qualche curiosità.
Le macchine molecolari.
Le macchine molecolari sono singole molecole che si comportano in modo simile alle macchine che incontriamo ogni giorno: si muovono in maniera controllabile e possono svolgere un compito grazie all’apporto di energia. Tre scienziati, JP. Sauvage, J. Fraser Stoddart e B. Feringa, hanno ricevuto nel 2016 il premio Nobel per la chimica per il loro lavoro in questo campo. Alcuni esempi includono un minuscolo ascensore che sale e scende in basa all’acidità dell’ambiente e un motore che gira in una direzione quando esposto alla luce e al calore. Le possibili applicazioni in informatica, nei nuovi materiali, nell’accumulo di energia e in medicina sono moltissime e si pensa a un impatto simile a quello che ha avuto l’invenzione del microchip sulla tecnologia.
Il carbonio.
Il carbonio è uno tra i più interessanti elementi nella tavola periodica, essendo lo scheletro di base della chimica della vita. Le sue proprietà e le sue forme allotropiche (diverse posizioni degli atomi nella sua struttura tridimensionale portano a diverse proprietà del materiale) sono state studiate e hanno riservato molte sorprese, soprattutto da quando si è cominciato a parlare di nanotecnologie. Dopo la scoperta di fullerene e nanotubi, la comunità scientifica era in attesa del grafene, un singolo strato di grafite: un foglio, in pratica, di atomi di carbonio disposti in anelli esagonali. Nel 2004 i fisici Andre Konstantin Geim e Konstantin Novoselov applicano una semplicissima tecnica: l’utilizzo di nastro adesivo applicato alla grafite per ‘strappare’ via gli strati. Quale è la sfida? Quando si hanno pochi strati il materiale diventa trasparente. Questo materiale è interessante per la sua resistenza, la trasparenza e la capacità di condurre corrente elettrica e quindi sono di interesse le applicazioni in campo ottico, elettrico, energetico. La ricerca in questo campo è viva e frenetica: con opportuni difetti e impurità si potrebbero ottener nuovi semi conduttori per celle solari.
Biocarburanti.
Con il termine “biocarburanti” si indicano i carburanti allo stato liquido o gassoso ottenuti a partire dalla biomassa, che possono essere utilizzati per l’alimentazione di motori a combustione interna. Sono tradizionalmente impiegati per l’autotrazione, in sostituzione (o in miscela) dei combustibili fossili, ma il loro impiego si sta rapidamente espandendo e il campo di applicazione dei biocarburanti si sta orientando anche verso la generazione elettrica e termica, in particolare verso la cogenerazione. I vantaggi derivanti dall’impiego dei biocarburanti rispetto alle fonti fossili sono notevoli: sostenibilità, riduzione delle emissioni di gas serra, opportunità di sviluppo economico a livello regionale e d’incremento occupazionale e, non ultima, anche una maggiore sicurezza di approvvigionamento. Infine, non dimentichiamo che le emissioni di CO2, SO2 e Nox derivanti dalla combustione di risorse fossili sono la causa principale dell’inquinamento atmosferico.
La chimica e l’industria, Il Chimico Italiano.
Per rimanere aggiornati sui temi della chimica segnaliamo due riviste: La Chimica e l’Industria e Il Chimico Italiano.
La Chimica e l’Industria, rivista della Società Chimica Italiana, fondata nel 1919 con il nome di “Giornale di Chimica industriale e applicata” è un giornale di scienza e tecnologia e informazione destinata ai chimici. Nella rubrica “Attualità” ospita articoli o comunicati brevi su argomenti di interesse rilevante per tutti coloro che operano nella chimica. Nella sezione “Science and Technology” pubblica in inglese monografie scientifiche di chimica, ingegneria chimica e tecnologie farmaceutiche. Nella sezione “Chimica e…” ospita articoli in italiano o in inglese di carattere applicativo, tecnologico e informativo per tutti i settori rilevanti della chimica.
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Il Chimico Italiano è invece la rivista storica, l’organo di comunicazione ufficiale della Federazione Nazionale degli Ordini dei Chimici e dei Fisici. Si presenta in una veste editoriale che risponde a precise esigenze di intervento della categoria sui temi forti del dibattito nazionale e racchiude in sé spazi legati alle questioni più stringenti relative alla professione, ma anche numerose pagine di ampio respiro relative a questioni di attualità e di interesse comune.
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