Intervista a Donata Medaglini, del dipartimento di Biotecnologie mediche dell'università di Siena, nel comitato italiano per Horizon 2020

Nanotecnologie, futuri giganti della sostenibilità ambientale

La docente: «Notevole il contributo per l'uso efficiente delle risorse e il riciclo come indica Horizon 2020»

[27 settembre 2013]

nanotechnologia

Come si posiziona l’Europa, all’interno del contesto globale, nella leadership per l’innovazione in nanotecnologie?

«Le nanotecnologie rappresentano un’area ricca di prospettive nell’ottica di trasformare ricerche estremamente promettenti in innovazioni di successo. E ciò non solo nella prospettiva di accrescere la competitività della nostra industria, ma anche e soprattutto in quella di migliorare le condizioni di vita della popolazione, siano esse in campo medico, ambientale, digitale o altro.

Nella corsa mondiale alle nanotecnologie l’Europa ha realizzato investimenti in molti programmi che hanno preso il via già negli anni ’90, conseguendo pertanto una posizione estremamente avanzata nel settore.

Come presentato all’Euronanoforum 2013, l’Europa si posiziona in prima linea per numero di pubblicazioni relative alle nanotecnologie. Si trova al terzo posto,  dietro USA e Giappone, relativamente alla registrazione dei brevetti. Per quanto riguarda il settore Ricerca e Sviluppo (R&D) per le nanotecnologie, nonostante  Europa e USA continuino ad effettuare considerevoli investimenti,  i paesi asiatici li stanno aumentando in modo esponenziale. L’Europa, quindi, per rimanere competitiva con gli altri Paesi che strategicamente stanno aumentando i loro investimenti,  dovrà fortemente ed a maggior ragione supportare i propri poli scientifici e accademici, oltre che incrementare i capitali pubblici e privati nel settore R&D nel campo delle nanotecnologie.

In questa ottica si collocano anche le strategie di Horizon2020, il nuovo Programma Quadro della EU che servirà a finanziare progetti  di ricerca e sviluppo dal 2014 al 2020. Come ha spiegato il presidente della Commissione Europea Josè Manuel Barroso, l’Unione Europea si è posta cinque ambiziosi obiettivi in materia di occupazione, innovazione, istruzione, integrazione sociale e clima/energia da raggiungere entro il 2020, ed è proprio in questa prospettiva che le nanotecnologie, così come le altre KETs (Key Enabling Technologies), si riveleranno fondamentali».

In quali settori ritiene che l’avanzata delle nanotecnologie sarà più efficace, nel breve e medio periodo?

«Le ricerche nanotecnologiche oggigiorno sono essenzialmente orientate a migliorare la qualità della nostra vita soprattutto per quanto riguarda la salute, l’ambiente, la produzione e lo stoccaggio dell’energia, le scienze dei materiali, l’alimentazione, le tecnologie dell’informazione, la sicurezza.

Enormi passi avanti vengono quotidianamente fatti per quanto riguarda le loro applicazioni in ambito sanitario, per diagnosi sempre più precoci  e precise delle malattie , oltre che per una maggiore efficacia delle terapie. Impianti nanotecnologici di organi potrebbero significativamente migliorare la qualità della vita dei pazienti e addirittura rigenerare completamente tessuti e organi. Lo sviluppo di nuove nanomatrici e nanocapsule potrebbero migliorare il delivery dei farmaci. Un ambito applicativo assai suggestivo delle bionanotecnologie è, infine, quello della sensoristica biomimetica per la realizzazione di oggetti e dispositivi che, come il nome stesso suggerisce, traggono ispirazione dalla natura. Le applicazioni di questi sensori possono andare dalle protesi intelligenti all’ambito robotico, dove la realizzazione di sistemi e veicoli autonomi in grado di “sentire” l’ambiente circostante è sempre più richiesta.

Già esistono, poi, attività di ricerca indirizzate ad applicare le nanotecnologie al settore agroalimentare, migliorando gusto, colore, sapore, stabilità e sicurezza dei prodotti. Tra le possibili applicazioni in tale ambito abbiamo, ad esempio, l’impiego di nuovi materiali plastici per un packaging innovativo con proprietà “barriera” ottimali, lo studio di nuovi sistemi di cessione al terreno tramite nanomateriali polimerici, quello di nuovi prodotti tessili funzionalizzati con nanomateriali per l’allestimento di serre aventi effetti di riscaldamento e climatizzazione incrementati, lo studio di catalizzatori e relativi processi per l’utilizzo energetico di rifiuti e residui agroalimentari. In questa direzione si stanno sostanzialmente muovendo le ricerche che mirano a studiare come riuscire, con tali mezzi, a gestire la sfida della carenza di acqua e di cibo a livello globale. Le nanotecnologie contribuiranno a fornire acqua potabile grazie a nuove tecniche di filtraggio e alla capacità di potabilizzare le acque.

Particolarmente incentrate sulla sostenibilità sono pure le nanotecnologie per l’ambiente, che riguardano specifici settori industriali in crescente espansione, tra cui la bonifica, ovvero il disinquinamento, di suoli ed acque contaminate (nanoremediation), la riduzione di nuovo inquinamento migliorando gli attuali metodi di produzione di sostanze tossiche (inclusi i nanowaste), la sensoristica, ovvero la creazione di nuovi sensori per la rilevazione di inquinanti ambientali (smart sensors).

Strettamente collegata a quella dell’ambiente è la tematica del patrimonio culturale, quella straordinaria ricchezza che viene quotidianamente esposta ai fenomeni atmosferici, ai mutamenti ambientali e a potenziali danneggiamenti. Tra gli obiettivi di Horizon2020 c’è quello di promuovere progetti che riescano a concepire materiali diretti a tecniche innovative di restauro e conservazione delle opere d’arte, che assicurino una protezione di lunga durata al nostro patrimonio culturale.

Se vogliamo invece citare un materiale specifico su cui molti scienziati si stanno attualmente concentrando, sarà interessante dire qualcosa del grafene, il materiale ultrasottile la cui scoperta è valsa il premio Nobel per la Fisica. Ricreato in laboratorio meno di 10 anni fa, viene da molti indicato come la piattaforma di partenza per innovazioni tecnologiche profonde in settori industriali più disparati proponendo dispositivi di consumo veloci, resistenti e flessibili come ‘la carta elettronica’, cellulari indossabili e pieghevoli, aerei più leggeri ed energeticamente efficienti. Su questo settore la Commissione Europea ha deciso si investire significativamente per i prossimi 10 anni (‘Graphene flagship’) e l’Italia partecipa molto attivamente a questa iniziativa».

La nanotecnologia può aiutare nel rendere la manifattura del XXI secolo ambientalmente più sostenibile?

«Sicuramente le nanotecnologie si trovano nella posizione di poter dare un concreto avvio alla prossima “rivoluzione industriale”, offrendo soluzioni tecnologiche avanzate a molti dei problemi correlati alla sostenibilità ambientale. I materiali prodotti grazie alle nanotecnologie possono infatti contribuire ad un più efficiente sfruttamento delle risorse. Si tratta infatti di materiali più leggeri e al contempo resistenti, la cui produzione implica un minore impiego di energia. Si pensi a tal proposito, ad esempio, al campo dell’aereonautica in cui l’impiego di nanocompositi (fibre di carbonio impregnate di resine speciali) consente di avere veicoli più leggeri, con un significativo risparmio sui consumi di carburante.

La sfida che dunque ci attende è quella di trasformare l’industria manifatturiera europea, legata fino ad oggi ad un modello economico di tipo quantitativo, molto oneroso e poco competitivo, attraverso un nuovo modello qualitativo, sostenibile e più competitivo. Su questo percorso, i traguardi delle nanoscienze e delle nanotecnologie diventano fondamentali per giungere a nuovi materiali ma anche a nuovi processi di produzione».

L’utilizzo efficiente delle risorse e il riciclo dei materiali fanno parte integrate del programma Horizon 2020, come strategia per migliorare la leadership industriale. La nanotecnologia può aiutare anche in questo campo?

«La necessità di reperire nuove risorse sta diventando sempre più importante, soprattutto per la salvaguardia e lo sviluppo delle industrie. Un obiettivo generale di Horizon 2020 è sicuramente quello di ridurre il consumo di risorse e di energia e di minimizzare la produzione di rifiuti, laddove le nanotecnologie rappresentano un innovativo sistema di metodi per il recupero ambientale e la gestione dei materiali di scarto.

Un settore energetico stabile e affidabile è fondamentale per la competitività dell’economia europea e per una crescita sostenibile, e le nanotecnologie possono fornire numerose soluzioni alle sfide fondamentali della produzione energetica, come nei casi di impiego dell’energia solare, di cellule a combustibile avanzate, della raccolta di energia, di materiali edilizi multifunzionali, di risparmio energetico e di tecnologie per il riciclo. Le nanotecnologie possono inoltre avere numerosi impatti sul settore dei trasporti, grazie alla loro capacità di creare componenti più resistenti ed efficienti. Veicoli più leggeri alimentati da fonti più pulite e al contempo più sicuri avranno evidentemente un enorme impatto sulla società.

A tal proposito la sfida dell’Europa di ridurre l’emissione dei gas serra ben si accorda con il sostegno delle nanotecnologie come strumenti fondamentali verso l’impiego di energie rinnovabili e miglioramento dell’efficienza energetica. Tra le nuove frontiere si prevedono, a tal proposito, la riduzione dei gas serra mediante cattura della CO2 e della radiazione solare per la produzione di gas naturali (si tratta della cosiddetta fotosintesi artificiale, notevolmente potenziata grazie all’utilizzo di nano fibre), il riciclo dei materiali di scarto per utilizzo nel settore edilizio, la riduzione dei costi per riciclare batterie mediante nanomateriali.

Come dichiarato dalla commissaria UE per la Ricerca, l’Innovazione e la Scienza Geoghegan-Quinn: “Horizon 2020 ci garantisce la base scientifica e tecnologica e la competitività industriale per il futuro, con la promessa di una società più intelligente, sostenibile e inclusiva”».

master Bakeca