Nel maggio prossimo a Lille (Francia), durante il Congresso della European Materials Research Society (E-MRS) – il congresso più importante in Europa per le ricerche nel campo dei materiali funzionali – i partecipanti troveranno in calendario un simposio su un tema per loro insolito: la purificazione delle acque: il titolo preciso è: ‘Materiali per il trattamento delle acque e lo splitting dell’acqua’ e ad organizzarlo saranno gli scienziati italiani dell’Istituto per la Microelettronica e Microsistemi del Cnr (IMM) di Catania e l’obiettivo sarà di mostrare i primi risultati del progetto europeo WATER e attrarre, per la prima volta all’E-MRS Meeting, ricercatori esperti di materiali per la purificazione dell’acqua e la produzione di energia.
Nel mondo circa 1,2 miliardi di persone non hanno un adeguato accesso all’acqua pulita; d’altra parte, le nanotecnologie hanno mostrato grandi potenzialità nel migliorare la filtrazione dell’acqua a basso costo e con ridotti consumi di energia. Sono queste le principali motivazioni alla base del progetto WATER (Winning Applications of nanoTEchnology for Resolutive hydropurification), del quale è coordinatore Vittorio Privitera, ricercatore del Cnr che all’IMM è a capo del gruppo ‘Nanostrutture per l’elettronica, l’energia e l’ambiente’ e che ne parla a ilsussidiario.net.
Come mai un Istituto di microelettronica si occupa di purificazione dell’acqua?
Il nostro istituto fa parte del Cnr, quindi noi apparteniamo a un ente multidisciplinare che si occupa di vari tipi di ricerche in molti campi. La nostra intuizione è stata quella di applicare le nanotecnologie per la purificazione dell’acqua, prendere il meglio delle nostre competenze per applicarlo a un problema attuale e sempre più pressante come quello di cui stiamo parlando. Il nostro background, che ci proviene dalla microelettronica, ci ha condotto verso una conoscenza approfondita dei materiali nanostrutturati e delle nanotecnologie che servono per realizzarli; una conoscenza che adesso si sta dimostrando utile non solo per le applicazioni elettroniche ma anche in altri settori. Quindi abbiamo potuto riversare queste competenze, maturate storicamente nella microelettronica, anche in un ambito come è quello della purifica dell’acqua. Di fatto, si tratta sempre di materiali che hanno a che fare con i semiconduttori, gli stessi della microelettronica, e di processi che spesso sono quelli impiegati per realizzare dispositivi elettronici.
Di quali aspetti della purificazione dell’acqua vi siete occupati?
Noi ci siamo occupati principalmente degli aspetti relativi all’acqua potabile. Abbiamo considerato i possibili effetti di contaminazione provocati da vari inquinanti organici, da microrganismi o batteri. Abbiamo visto che l’acqua può essere trattata con dei nanomateriali per renderla pura dal punto di vista batteriologico o per la rimozione di inquinanti, come possono essere i coloranti provenienti dalle industrie tessili e che possono aver contaminato le falde oppure dei metalli. C’è quindi tutta una serie di processi depurativi, che possono essere efficacemente applicati al sistema degli acquedotti e alle reti idriche.
Nello sviluppare il progetto WATER, su quali materiali vi siete indirizzati?
Abbiamo seguito tre filoni di ricerca. Il primo è quello degli ossidi metallici: parlo delle nanostrutture di ossidi di Titanio (TiO2), di Zinco e di Rame, che mostrano notevoli proprietà fotocatalitiche di degradazione delle sostanze inquinanti dell’acqua. Stiamo studiando la sintesi di diversi tipi di nanostrutture (film sottili, nanoparticelle, nanofili, nanotubi, ecc.), eventualmente accoppiati con metalli e nanotubi di carbonio, con l’obiettivo principale di migliorare l’efficienza dei materiali nella disinfezione e purificazione dell’acqua. Il secondo è quello delle nanostrutture metalliche. Le proprietà antibatteriche dell’Argento e del Rame sono ben note da tempo; in aggiunta le nanostrutture metalliche possono essere utilizzate per aumentare le prestazioni del TiO2. Stiamo sperimentando anche la tecnica di ablazione laser per sintetizzare nanoparticelle metalliche e di ossidi metallici in liquidi (acqua, solventi e polimeri).
Il terzo filone?
è quello dei materiali a base di carbonio. I già citati nanotubi di carbonio, agendo come nanopori assorbenti, funzionano in modo efficace contro contaminanti chimici e biologici. Possono anche essere usati per migliorare le proprietà fotocatalitiche dell’ossido di Titanio nanostrutturato. Stiamo indagando l’accoppiamento dei nanotubi di carbonio con le nanostrutture di TiO2, con l’obiettivo di massimizzarne la funzionalità nei trattamenti dell’acqua durante irraggiamento nell’ultravioletto.
Non avete preso in considerazione anche il sempre menzionato grafene?
È in prospettiva. Il grafene e l’ossido di grafene mostrano delle potenzialità nella filtrazione dell’acqua e queste sue proprietà sono attualmente sotto indagine. Se con altre soluzioni nanotecnologiche, come gli stessi nanotubi di carbonio, abbiamo già applicazioni che hanno dato buoni risultati e le possiamo considerare già ben consolidate, per il grafene intendiamo sviluppare la ricerca. Per questo abbiamo appena acquistato – con i fondi di questo stesso progetto WATER – un’attrezzatura specifica per la deposizione che permette di depositare grafene su dei substrati particolari. Non nascondo che ci aspettiamo buoni risultati in un prossimo futuro.
Il progetto WATER terminerà a marzo 2016: avete già dei risultati?
Siamo abbastanza soddisfatti dei risultati conseguiti finora. Nel campo dei materiali abbiamo realizzato parecchie soluzioni che sono state testate sperimentalmente e mostrano di essere piuttosto efficaci nell’attuare la degradazione di inquinanti organici e di batteri. Valga per tutti l’esempio, sopra accennato, dei materiali a base di ossido di titanio, spesso in combinazione con i nanotubi di carbonio per aumentarne l’efficienza.
Come avverrà il trasferimento tecnologico dei vostri risultati?
Prevediamo di attuarlo in questo ultimo anno di progetto e avverrà grazie alla presenza nel progetto di un partner industriale, la Atlas Filtri, azienda specializzata nella costruzione di filtri per la depurazione dell’acqua. Lo stretto contatto con una realtà come questa ci permette di applicare subito i risultati delle nostre ricerche su prototipi che potremo testare, grazie ad Atlas, nei prossimi mesi.
Il progetto è europeo: quale è stata la collaborazione a livello internazionale?
È un progetto è del tipo ad “azione di coordinamento” e il finanziamento è stato assegnato al Cnr, quale singolo proponente, finalizzandolo alla costruzione di un nuovo laboratorio, all’assunzione di personale e alle azioni di promozione e comunicazione. In più però ci sono una serie di partner che hanno manifestato interesse per l’iniziativa e che ci hanno supportato lungo il percorso con le loro competenze. Tra questi ci sono università, come quelle di Oslo e Sheffield; ci sono altri enti di ricerca come il Cnrs francese, il CSIC spagnolo e il VLB tedesco; e anche partner non scientifici, come un Comune della Sicilia ionica, Aci Castello, e l’area marina protetta delle isole dei Ciclopi, che hanno interesse per i risultati del progetto.
