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Il Grafene

Il Grafene per l’ambiente

Articolo aggiornato il 25-01-2018

Il Grafene per l’ambiente
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Il “Grafene” è un materiale presente dal 2004 (anno della sua scoperta in Russia) e possiede caratteristiche eccezionali come la sua durezza paragonabile al diamante, l’estrema leggerezza, è molto sottile, è trasparente come il vetro, è flessibilissimo, è parecchio più resistente dell’acciaio, è ecologico, inoltre possiede una capacità di conduttività elettrica più grande rispetto a quella del rame! Per tutte queste sue incredibili proprietà avrà un uso sempre maggiore nel prossimo futuro, sostituendo con grande successo molti materiali attualmente utilizzati. In campo ambientale, alla luce delle sue numerose e ottime caratteristiche, esistono molte applicazioni già sperimentate e presenti sul mercato e altre che vengono sperimentate in laboratorio.

Il Grafene che cosa è
Il grafene è un materiale composto da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (con uno spessore equiparabile alle dimensioni di un solo atomo). Questo minerale non è presente in natura, ma viene ottenuto in laboratorio dalla grafite. Inoltre viene definito da molti come il "materiale delle meraviglie” ed è considerato il materiale che fra breve tempo ci cambierà  la vita. Trova moltissimi possibili utilizzi nei settori dell’elettronica, dell’ambiente e della tecnologia in generale. Da diversi studi e ricerche, che continuamente vengono eseguiti su questo materiale (molte anche in Italia), si sono accertate le sue eccellenti proprietà come l’ottima conduzione elettrica e termica, l’incredibile resistenza, l’inarrivabile flessibilità, l’estrema leggerezza. Inoltre in tema di tutela ambientale può essere utilizzato sia nella produzione di energia rinnovabile che nel contenimento dei danni ambientali. Tra le sue sorprendenti proprietà troviamo quelle che vanno dalla grandezza microscopica all’estrema flessibilità, dalla capacità di essere usato come super conduttore di energia elettrica, alla sua capacità di lasciarsi plasmare in base alle esigenze e per ogni tipo di utilizzo senza rompersi, da una incredibile leggerezza e trasparenza alla capacità di dissipare rapidamente calore. Disponendo di tutte queste ottime caratteristiche nel settore dei materiali di nuova generazione utilizzati in elettronica è un materiale in prima fila per sostituire il silicio che attualmente la fa da padrone.
Per quel che riguarda le sue possibili applicazioni questo straordinario ed eclettico materiale consentirà entro breve tempo di realizzare: schermi per televisori e monitor pieghevoli e arrotolabili al pari dei fogli di carta; fogli di grafene in grado di immagazzinare elevate quantità di energia; carta da parati elettronica che potrà funzionare come un grande schermo panoramico; vestiti con una struttura elettronica, indossabili e in grado di immagazzinare energia solo con il movimento del corpo.

Applicazioni grafene per l’ambiente
Il grafene ha proprietà chimico-fisiche eccezionali che lo rendono interessante in un gran numero di potenziali applicazioni. Ci ha sorpreso in maniera inaspettata evidenziando nuove proprietà, che in un prossimo futuro, potrebbero favorire la produzione di energia rinnovabile e pulita soprattutto nel settore fotovoltaico. Si stanno facendo diversi studi per comprendere a fondo le grandi e stupefacenti proprietà del grafene, in particolare nel campo ambientale sta avendo grande rilievo il suo utilizzo per la produzione di energia, in cui c’è l’opportunità di produrre idrogeno a partire dall'acqua e di immagazzinarlo fra gli atomi di carbonio del grafene.
Al momento l'idrogeno è una delle poche alternative pulite alle fonti di energia non rinnovabili ed è il candidato ideale per diventare il combustibile per i dispositivi energetici del futuro, come le celle a combustibile. In questo settore si ritiene che se nel prossimo futuro si avrà la necessità sia di produrre sia di stoccare l'idrogeno, le proprietà del grafene permetteranno di farlo con un sola apparecchiatura. La produzione dell'idrogeno proviene maggiormente dalle biomasse o dal gas naturale, tramite processi che quasi sempre richiedono un notevole consumo energetico. Applicando alcune recenti metodologie possiamo partire dall'acqua e ottenere una fonte di energia pulita e rinnovabile.
Per quel che riguarda le applicazioni nel campo ambientale il grafene è stato oggetto di numerose ricerche nei settori della bonifica delle acque dai rifiuti pericolosi e nel settore delle energie rinnovabili in particolare per il “grafene fotovoltaico“. Con le attuali sperimentazioni si è giunti a ipotizzare e si stanno studiando le modalità con cui questo materiale potrebbe essere estratto dai rifiuti organici urbani come quelli alimentari. Da finestre, lucernai e da altre superfici esposte alla luce del sole è possibile produrre energia elettrica installando “pannelli solari grafene”, utilizzo che apre la strada a una nuova generazione di pannelli solari semitrasparenti e a basso costo molto più competitivi sul mercato rispetto tecnologia tradizionale basata sul silicio. Ci sono alcune possibilità applicative del grafene, in particolare per i disastri ambientali ricorrenti come le bonifiche e il disinquinamento dei molti siti inquinati nel nostro paese, si ritiene che i materiali a base di grafene abbiano una capacità straordinaria di assorbire gli inquinanti organici, soprattutto gli idrocarburi, sia per l’aria, l’acqua e il suolo. Una recentissima applicazione in campo ambientale si è realizzata (con prove e sperimentazioni in laboratorio) una rilevante capacità "desalinizzante" che permette, attraverso una membrana diossido di grafene, di dividere il sale dall'acqua rendendola dolce e di conseguenza potabile; questa metodologia permetterà di assicurare in un prossimo futuro una svolta epocale nella vita di centinaia di milioni di persone permettendo loro un più facile accesso all’acqua potabile.
Nuova e interessante applicazione del grafene è quella della produzione di una batteria per un'auto elettrica, con cui si possono raggiungere le stesse caratteristiche di una batteria agli ioni di litio, ma con il vantaggio di potersi ricaricare in fretta. Questo prodotto è in arrivo sui mercati mondiali e sembra che addirittura in 16 secondi si possano ricaricare le batterie rispetto alle attuali diverse ore. Si è anche riscontrato che questo materiale ha la capacità di preservarsi nel tempo, infatti durante le fasi di ricerca si è appurato che nonostante la batteria sia stata scaricata e caricata migliaia di volte, la sua efficienza è rimasta pressoché inalterata.

Link di riferimento per il grafene
Se siete interessati ad  un approfondimento per il grafene vi segnaliamo questi link:
Il sito della Treccani descrive le caratteristiche del grafene e le sue applicazioni in numerosi settori.
Il sito Grafene Factory del Consiglio nazionale delle Ricerche si occupa del grafene dal punto di vista della ricerca, della sua scoperta, delle proprietà e delle applicazioni.

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