La crescita dei prezzi della benzina e la necessità di ridurre l’inquinamento atmosferico (minore emissione nell’aria di anidride carbonica, CO2) determina sul mercato mondiale una espansione di veicoli a gas naturale (GNC = gas naturale compresso e GPL = gas petrolio liquefatto) con un picco di produzione e vendita ben evidente nel 2008. Attualmente nel settore automobilistico si sta cercando di migliorare la prestazione delle auto alimentate con sostanze che generano meno inquinamento, come metano e idrogeno. L’intento principale è quello di abbassare i costi di produzione e di vendita, ma soprattutto è quello di migliorare l’efficienza e la sicurezza del mezzo.
La limitata autonomia e l’alto livello di esplosione di un auto a metano sono sicuramente i due elementi salienti a cui rivolgere l’attenzione nell’innovazione tecnologica del settore. Nel bagagliaio di vetture di medie dimensioni, infatti, lo spazio occupato dalla bombola di GNC è molto più grande rispetto al serbatoio contenente i combustibili liquidi (GPL) e inoltre la quantità di gas immagazzinato è notevolmente minore. Attualmente tutto questo può essere superato grazie alla scoperta fatta da un gruppo di ricercatori dell’Università degli Studi di Milano – Bicocca.
Il gruppo, coordinato dal professor Piero Sozzani del Dipartimento di Scienze dei Materiali, ha brevettato due sostanze innovative, capaci di comprimere il volume dei gas. Da un progetto finanziato dalla Regione Lombardia e dalla stessa Università Bicocca, denominato H2-Ecomat, il gruppo di ricercatori italiani ha realizzato un modo per immagazzinare grandi quantità di gas a pressione più bassa (30 – 80 atm in meno rispetto alle attuali metodologie di liquefazione) diminuendo la pericolosità e riducendo lo spazio occupato dal gas. Perciò a breve si potranno utilizzare serbatoi e bombole, contenenti gas naturali compressi, di piccole dimensioni, di peso ridotto e con un minimo rischio esplosivo grazie all’impiego dei due materiali brevettati dal gruppo di Sozzani.
Le nuove sostanze appartengono a due categorie di materiali: una dei materiali sintetici iper-reticolati (MIR) e l’altra di quelli porosi di origine biologica (MPOB). La loro natura porosa li rende simili alle spugne e attribuisce loro la capacità di assorbire gas inafferrabili come idrogeno (H2), metano (CH4) e anidride carbonica (CO2). Questi materiali, quindi, sono innovativi poiché posseggono un elevato grado di porosità, che dà loro la capacità di compattare i gas in un ambiente chiuso: riescono a comprimere in un solo grammo più di 5000 m2 di gas abbassandone la pressione. La loro peculiarità è di possedere l’aspetto di una semplice polvere, ma con le proprietà tipiche delle nanospugne microporose.
Per capire più facilmente la potenzialità di questi nuovi composti consideriamo una bombola contenente metano e avente un volume di un litro: dopo avere aggiunto la sostanza polverosa (MIR e MPOB), la stessa bombola potrà contenere 40 litri di metano a 0 °C. La presenza delle due molecole, nella bombola, determina un aumento della capacità volumetrica del contenitore di 40 volte. Perciò queste nanospugne, caratterizzate da gallerie di dimensioni nanometriche, che permettono di assorbire gas inafferrabili come idrogeno, metano e anidride carbonica in un ambiente chiuso, riducono la pressione dei gas comprimendoli. L’assorbimento dei gas è reso possibile dalle forze di Van der Waals, forze deboli che si esercitano tra le molecole. Queste nanospugne oltre a permettere lo stoccaggio di grandi quantità di gas in piccoli volumi, sono anche in grado di rilasciare il gas al momento dell’uso con le sue caratteristiche inalterate. In più le spugne utilizzate possono essere riciclate per l’immagazzinamento di altro gas.
La fonte principale di alcuni di questi nuovi materiali, dall’elevata porosità, è la soia. Materiale vegetale che rende queste sostanze biodegradabili e prive di metalli pesanti, tali proprietà sono vantaggiose nel processo di smaltimento includendoli nella classe dei composti organici.
La novità dei MIR e dei MPOB permetterà la commercializzazione di gas compressi a bassa pressione superando il processo di liquefazione che comporta un grande dispendio di energia, con applicazioni in molti settori come quello automobilistico, già citato, dove potrà apportare vantaggi nelle auto a metano, quali maggiore autonomia e meno pericolosità mentre nel settore industriale si potrà separare l’anidride carbonica e i gas solforati dai gas di interesse (metano e idrogeno). Infine, si potranno produrre e utilizzare bombole più leggere e meno ingombranti contenenti maggiori quantità di gas a bassa pressione. Tutto ciò sarà vantaggioso per il settore del trasporto, dello stoccaggio e in generale per quello energetico.