Invisibili ma potenti: così i nanomateriali ridisegnano il futuro

Per un approccio e una comprensione del valore delle nanotecnologie è necessario partire da una semplice constatazione: la scala nanometrica, impercettibile all’occhio umano, modifica profondamente le proprietà dei materiali. Un elemento noto e stabile a dimensioni macroscopiche può acquisire straordinarie capacità reattive, conduttive o resistenti se ridotto a pochi nanometri. È proprio su queste trasformazioni, infatti, che si basa la rivoluzione dei materiali definiti “intelligenti”.

Per fare un esempio, si può pensare ai nanocompositi impiegati nel settore aerospaziale, che combinano leggerezza e resistenza in modo superiore rispetto ai metalli tradizionali. Oppure, ai nanomateriali a base di grafene, che conducono elettricità cento volte meglio del rame, già utilizzati per migliorare le prestazioni delle batterie nei veicoli elettrici.

In Italia, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova ha sviluppato dei film sottilissimi a base di nanotubi di carbonio per elettrodi flessibili destinati alla medicina e all’elettronica indossabile. Non si tratta più di prototipi, questi materiali stanno entrando concretamente nei processi produttivi.

Uno degli ambiti in continua evoluzione è quello dei sensori intelligenti. Il loro funzionamento è reso possibile da nanosistemi capaci di rilevare parametri come temperatura, pressione o presenza di sostanze chimiche. Questi sensori intelligenti trovano applicazione in settori apparentemente distanti: dai sistemi per la smart agriculture che monitorano l’umidità del suolo in tempo reale, ai dispositivi indossabili per il monitoraggio continuo di parametri vitali.

Il rapporto tra le nanotecnologie e la sostenibilità è meno ovvio ma indubbiamente profondo. Le nanostrutture fotocatalitiche, per esempio, sono utilizzate nella purificazione dell’aria e dell’acqua. Le nanoparticelle di ossido di titanio attivate dalla luce solare decompongono sostanze tossiche senza bisogno di agenti chimici.

Nel campo dell’energia, i materiali nanoporosi stanno rivoluzionando i sistemi di stoccaggio, grazie alla loro capacità di contenere grandi quantità di idrogeno o metano in volumi ridotti. Una ricerca del Politecnico di Milano ha recentemente dimostrato che i sistemi a base di grafene poroso possono aumentare del 30% l’efficienza degli accumulatori termici per impianti solari.

Non da ultimo, le celle solari di terza generazione, realizzate con perovskiti nanostrutturate, offrono un’alternativa a basso costo rispetto al silicio tradizionale, con rese superiori al 25% e tempi di produzione più rapidi. Nel contesto europeo, il consorzio NanoPV sta testando questi materiali per l’integrazione architettonica in edifici pubblici.

L’Europa ha individuato nelle nanotecnologie un pilastro della propria strategia digitale e industriale. Nel programma Horizon Europe (2021–2027), oltre 1 miliardo di euro è stato destinato a progetti legati ai materiali avanzati e alle nanotecnologie. Nello specifico, la piattaforma EMIRI (Energy Materials Industrial Research Initiative) coordina investimenti tra centri di ricerca e aziende per sviluppare materiali innovativi destinati alla transizione energetica.

L’iniziativa italiana NanoFoundries and Fine Analysis (NFFA-Europe), coordinata dal CNR e sostenuta da fondi europei, offre accesso a infrastrutture avanzate per la fabbricazione di nanodispositivi. È uno strumento fondamentale per startup e PMI che non possono permettersi autonomamente ambienti di clean room o sistemi di litografia elettronica.

L’espansione delle nanotecnologie pone però interrogativi cruciali. La regolazione dei nanomateriali, infatti, è ancora frammentaria. L’Agenzia Europea per le Sostanze Chimiche (ECHA) ha stabilito criteri per la classificazione dei nanomateriali nei prodotti di consumo, ma molti dispositivi – specie quelli medicali – sfuggono a un monitoraggio sistematico.

Vi è inoltre una questione etica legata alla trasparenza nell’uso dei nanomateriali: i cittadini hanno il diritto di sapere se indossano o assumono dispositivi contenenti particelle su scala molecolare, con tutte le implicazioni in termini di biointerazione.

Nel contesto italiano, la sfida è duplice. Da un lato, potenziare il trasferimento tecnologico tra università e imprese; dall’altro, favorire l’adozione dei materiali intelligenti nella pubblica amministrazione e nei settori strategici.