Rivista n°56 - giugno 2012 - Ordine degli Ingegneri della Provincia ...

RIVISTA GIUGNO_rivista ing 06/07/12 10:25 Pagina 30
Rivista*
dell’Ordine degli Ingegneri
di materiali compositi con proprietà superficiali controllate (resistenza
ad usura e corrosione). I telai delle racchette da tennis
sono stati tra le prime applicazioni dei CNT come materiali di
rinforzo. Un altro esempio di applicazione nel campo dei materiali
compositi strutturali è la fabbricazione di giubbotti antiproiettile.
Inoltre, i nanotubi di carbonio possono trovare applicazione nell’industria
aerospaziale, dell’automobile, nel settore dell’energia,
ad esempio, come sistemi di immagazzinamento dell’energia, nei
supercapacitori, nelle pile a combustibile e nelle batterie al litio.
Oppure ancora, i nanotubi di carbonio sono stati utilizzati come
materiali di supporto per catalizzatori, ad esempio in alternativa
all’allumina nei processi di idrogenazione selettiva, di sintesi dell’ammoniaca,
di sintesi del metanolo, ecc..
Alcuni gruppi di ricerca e diverse società stanno studiando la possibilità
di utilizzare i nanotubi di carbonio nel campo dell’elettronica.
Ad esempio, i nanotubi di carbonio sono stati proposti per
la produzione di Memorie Dinamiche ad Accesso Casuale (RAM
dinamiche), basate sull’uso di schiere di CNT allineati verticalmente
ed intercalati con biossido di silicio. La Stanford University
e la Toshiba hanno realizzato un processore C-MOS che lavora
ad 1 GHz usando nanotubi di carbonio per le interconnessioni.
Grazie alle buone proprietà elettroniche e termiche, i CNT sono
anche utilizzati nei transistor a film sottile, negli schermi a pannello
piatto e nei sistemi di dissipazione del calore. E’ stato dimostrato
che i CNT hanno una capacità di dissipazione del calore pari a
quella del rame, essendo anche molto più leggeri e flessibili.
Il campo dei sensori, ad esempio di pressione e di temperatura,
e quello dei biosensori è ricco di studi sulle applicazioni dei CNT.
La NASA ha dimostrato che schiere di MW-CNT funzionalizzate
con DNA agiscono da biosensori ad elevata sensibilità. Oppure,
i CNT sono utilizzati come veicolo per la somministrazione di
farmaci (drugs delivery).
Alla Akron University è stato sperimentato l’uso di un adesivo a
base di CNT che mostra una adesione superiore a quella del
geko ed è progettato come adesivo a secco per applicazioni in
microelettronica, nella robotica e nelle applicazioni spaziali.
Mercato
L'utilizzo diffuso dei nanotubi di carbonio è stato sino ad ora limitato
dai costi elevati. I fattori determinanti il costo dei nanotubi
sono: la tipologia (SW >> MW), la purezza, la funzionalizzazione
della superficie e la quantità richiesta. Nel mondo si contano attualmente
una novantina di produttori di nanotubi di carbonio,
la maggior parte dei quali sono poco più che laboratori sorti
30 - Rivista* dell’Ordine degli Ingegneri
come spin-off di università e centri di ricerca. In Europa vi sono
tre realtà importanti: Bayer Materials Science (4) , Arkema (5) e Nanocyl
(6) . La Bayer ha recentemente pianificato la progettazione e
la costruzione di un impianto per la produzione di 200 ton/anno
di MW-CNT ed il cui costo di investimento è stato stimato in 22
milioni di euro. Le previsioni di crescita del mercato mondiale dei
nanotubi di carbonio sono circa pari al 25% annuo, arrivando così
ad un volume di affari di circa 2 miliardi di euro/anno nell’arco di
pochi anni. Attualmente i nanotubi di carbonio multiparete di
bassa purezza (90%) hanno un prezzo di circa 150 €/kg ma per
purezze superiori tale valore sale ad alcune centinaia di euro al
chilogrammo. Analogamente la Nanocyl ha effettuato un investimento
di 4 milioni di euro per costruire un reattore industriale
(inaugurato nell’ottobre del 2007) che permette di produrre 40
ton/anno di nanotubi di carbonio. In Italia, la Carbon Nanomaterials
di Crema è una società che produce e commercializza nanotubi
di carbonio multi parete.
Aspetti ambientali e tossicologici
Uno dei motivi che ostacolano l’utilizzo dei nanotubi di carbonio
su larga scala è la preoccupazione che tali materiali possano comportare
per l’essere umano un rischio simile a quello delle fibre
di amianto. Il problema è importante e va affrontato con estrema
serietà. Attualmente, le conoscenze sulla tossicità dei nanotubi di
carbonio sono lacunose.
La maggior parte dei dati proviene da studi effettuati in vitro o
in vivo su animali. Oltre ad avere portata limitata, tali studi raramente
precisano le carateristiche chimico-fisiche dei nanotubi di
carbonio utilizzati (tipologia, difetti, presenza di metalli-catalizzatori,
ecc...), proprietà da cui dipendono le proprietà tossicologiche.
Le ricerche condotte sino ad ora hanno dimostrato che i
CNT possono penetrare all’interno delle cellule ma sono insolubili
nei tessuti cellulari provocando citotossicità. Gli studi condotti
su animali hanno evidenziato che i nanotubi di carbonio sono capaci
di causare infiammazioni polmonari e fibrosi. Questi risultati
preliminari suggeriscono che i nanotubi di carbonio sono potenzialmente
tossici per l'uomo e devono essere trattati con prudenza.
Data la complessità di una valutazione quantitativa e di
una padronanza dei rischi connessi alla manipolazione di questi
materiali, è importante rendere minimo possibile il livello di esposizione
diretta. In altri termini, è necessario a scopo precauzionale
mettere in atto delle strategie di prevenzione e delle pratiche di
corretta gestione e cautela nella manipolazione dei nanotubi di
carbonio. (7) l