Scoperta cinese: spine artificiali possono assorbire goccioline oleose di un micron

Biomimetica: bonificare gli sversamenti di petrolio imitando i cactus

[8 agosto 2013]

Sette ricercatori delle università cinesi di Pechino, Tsinghua e Behiang hanno scoperto un metodo che, imitando la natura (tecnica chiamata biomimetica), può contribuire ad una più accurata bonifica degli sversamenti di idrocarburi e sostanze oleose.

Nello studio “Structured cone arrays for continuous and effective collection of micron-sized oil droplets from water” pubblicato su Nature Communications il team cinese spiega che «Le Agenzie di protezione ambientale e l’industria petrolifera richiedono metodi efficaci per separare dall’acqua gocce di petrolio delle dimensioni di un micron. Tuttavia, per la maggior parte degli attuali metodi di separazione, la fase della separazione si verifica nella miscela olio-acqua. Le restanti goccioline di petrolio micron-scale, che non sono interessate dalla fase di separazione, sono difficili da maneggiare su larga scala con i metodi convenzionali, a causa o una mancanza di capacità di separazione o di inconvenienti nella capacità di trasmissione». I quattro ricercatori hanno sviluppato una serie di strutture oleofile, spilli conici in grado di raccogliere goccioline oleose delle dimensioni di un micron, ispirandosi al modo in cui i cactus raccolgono con le loro spine coniche goccioline d’acqua di dimensioni simili e sottolineano su Nature Communications che «Sottacqua, queste strutture imitano i cactus e possono catturare goccioline di olio di dimensioni di un micron e trasportarle continuamente verso la base degli aghi conici. Materiali con questa struttura presentano evidenti vantaggi nella raccolta olio di dimensioni micron, con elevata continuità ed alto throughput».

Si tratta di piccole “spine” di rame e di un polimero siliconico che separano minuscole gocce di idrocarburi dall’acqua inquinata e che permetterebbero di catturare le microscopiche gocce di petrolio che restano anche dopo la bonifica più accurata. Il tutto si basa su una scoperta fatta dai ricercatori cinesi nel 2012, quando riferirono che il cactus Optunia microdasys è in grado di raccogliere l’acqua dall’aria utilizzando le sue spine conche. Le goccioline d’acqua si condensano sulle spine uncinate e vengono portate alla base delle stesse grazie all’interazione tra la forma delle spine e la tensione superficiale delle goccioline.

Il team cinese ora dice che le lo spine sintetiche sono in grado di separare e raccogliere nello stesso identico modo piccolissime gocce di petrolio dall’acqua e lo hanno provato realizzando una “pelle di cactus” sintetica.

Il problema delle bonifiche di sversamenti di sostanze oleose è che, mentre l’olio e l’acqua non si mescolano, se goccioline molto piccole di olio realizzano una miscela con l’acqua diventa quasi impossibile separarle, gli scienziati fanno l’esempio del latte omogenizzato, nel quale rimangono comunque sospese minuscole goccioline di grassi.

A capo del progetto c’è Lei Jiang, del Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, che spiega: «Abbiamo fabbricato una serie di spine. Ciascun ago conico nella matrice è un piccolo dispositivo di raccolta di petrolio. Le matrici possono raccogliere dall’acqua gocce di olio di dimensioni di un micron in continuo ed in modo efficace»

Queste spine sintetiche sono lunghe mezzo millimetro e sembrano in grado di catturare goccioline di idrocarburi difficili da separare dall’acqua con qualsiasi altro metodo. I test effettuati hanno provato che le strutture dotate di questi aghi potrebbero separare circa il 99% del petrolio ancora mescolato con l’acqua.

Joanna Aizenberg dell’università di Harvard, ha espresso alla Bbc tutta la sua ammirazione per il lavoro dei colleghi cinesi: «Questo ottimo lavoro fornisce un perfetto esempio di come prima si descriva un sistema biologico interessante e poi, facendo un ulteriore passo avanti per risolvere un problema di ingegneria. E non solo dimostra come si possa imparare dalla natura, ma anche il modo di applicare tale conoscenza al design bio-ispirato. E’ una bella esperienza e sembra molto efficace visto che mostra la quasi completa separazione tra petrolio ed acqua. Più avanti, richiederà test scaling up ed esperimenti sul campo».

I progetti che imitano la natura, o biomimetica, sono un settore in crescita della tecnologia dei materiali. Le più note invenzioni biomimetiche comprendono la realizzazione di velcro che copia la struttura di alcuni semi di piante che aderiscono al pelo degli animali, i costumi da bagno agonistici utilizzati alle olimpiadi di Pechino che imitavano la pelle degli squali, la fotosintesi artificiale impiegato nelle celle solari di ultima generazione e collanti che si ispirano alle capacità adesive dei gechi e delle cozze.

Secondo Stephen Michielsen, della North Carolina State University, il nuovo materiale biomimetico inventato dai cinesi è molto interessante perché «La loro area di ricerca principale sta cercando di imitare la natura, nel passato hanno indagato su ragnatele e cactus ed ora stanno usando gli stessi concetti per raccogliere minuscole goccioline di petrolio dall’acqua. Il loro metodo dovrebbe in realtà funzionare anche per eliminare le goccioline piccolissime di il petrolio dall’aria, che si verificano quando il greggio diventa aerosol nell’aria compressa. Questo dovrebbe essere un metodo più efficiente dei filtri. Sono molto bravi a osservare ciò che la Natura fa e ad imitarla. La natura ha perfezionato i suoi metodi nel corso degli anni e questo team ha fatto un ottimo lavoro per capire come mettere tutto insieme».