Materiali innovativi – Advanced materials
Il termine «advanced materials» (materiali innovativi) include un’ampia varietà di materiali. Presentando proprietà eccezionali e innovative rispetto a quelli convenzionali, tutti questi materiali si prestano all’impiego in vari settori.
Cosa sono i materiali innovativi?
I materiali innovativi sono più complessi rispetto ai materiali convenzionali. Spesso sono infatti composti da diversi materiali distinti, hanno varie dimensioni e, grazie alle costanti innovazioni, evolvono molto rapidamente. I nanomateriali, che presentano anch’essi proprietà innovative ed eccezionali date le loro «piccole dimensioni», rappresentano un sottogruppo dei materiali innovativi (v. fig. qui sotto).
Pur non essendo semplice definire in modo preciso questo gruppo di materiali per via della loro natura eterogenea, varie organizzazioni internazionali hanno esaminato quali materiali rientrano effettivamente nella categoria dei «materiali innovativi». Per esempio, nel 2013 la Commissione europea ha descritto i materiali innovativi (o «avanzati») come segue: durante la produzione di un materiale avanzato, la sua composizione e la sua struttura interna sono controllate con precisione, il che gli conferisce una serie di proprietà eccezionali (meccaniche, elettriche, ottiche, magnetiche ecc.) o funzionalità specifiche (autoriparazione, deformabilità, disinfezione, conversione dell’energia) che lo distinguono dai materiali convenzionali.
Nel 2023 il gruppo di lavoro sui nanomateriali di sintesi (Working Party on Manufactured Nanomaterials, WPMN) dell’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE) ha adottato per i materiali innovativi la descrizione seguente: materiali deliberatamente progettati per presentare proprietà nuove o migliorate e/o caratteristiche strutturali particolari o migliorate allo scopo di ottenere prestazioni funzionali specifiche o migliorate. A fare da base a questa descrizione è stato in particolare il rapporto dell’ufficio federale dell’ambiente tedesco (Umweltbundesamt, UBA; 2020), che suggerisce di classificare questi materiali innovativi in varie categorie. Le schede informative elaborate a partire da questo rapporto forniscono una breve panoramica delle proprietà caratteristiche dei materiali innovativi identificati, dei loro campi di applicazione, dei loro potenziali rischi e del loro status normativo. Anche l’Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) sta attualmente analizzando la questione.
In Europa l’utilizzo di questi materiali innovativi crea grandi aspettative. Ci si attende infatti che forniscano soluzioni tecniche a sfide globali come i cambiamenti climatici, per esempio nell’ambito della transizione energetica. Questi materiali rivestono un ruolo chiave anche nella trasformazione digitale e nella promozione dell’economia circolare. Il loro potenziale, tuttavia, potrà essere sfruttato pienamente soltanto dopo aver identificato e posto sotto controllo i potenziali rischi per la salute umana e l’ambiente.
Esempi di applicazione
I materiali innovativi aprono prospettive completamente inedite in vari settori, da quello medico a quello energetico, passando per la stampa tridimensionale (stampa 3D). In questa sede descriveremo soltanto brevemente alcuni esempi. In medicina (Nanoagenti terapeutici) i nanomateriali vengono utilizzati già da tempo per via delle loro proprietà particolari, che, essendo sviluppate in maniera mirata, li fanno rientrare nella categoria dei materiali innovativi. La maggior parte dei «nanofarmaci» attualmente omologati migliora la formulazione di un principio attivo già omologato aggiungendo un materiale innovativo. In Europa, per esempio, un medicamento antitumorale veicolato tramite piccole («nano») vescicole lipidiche trattate in superficie è stato omologato già nel 1996. Il principio attivo riesce così a rimanere più a lungo nel circolo sanguigno, raggiunge in maggiore quantità le cellule tumorali e gli effetti collaterali diminuiscono. Anche alcuni vaccini (p. es. i vaccini anti-COVID-19 a mRNA) sfruttano le particelle lipidiche per essere veicolati verso le cellule del sistema immunitario e garantire così una difesa efficace contro l’agente patogeno in questione.
Un altro campo in cui i materiali innovativi trovano vasta applicazione è il settore delle energie rinnovabili, elemento indispensabile per la transizione energetica. In questo settore i materiali innovativi trovano impiego sia nella produzione e nello stoccaggio di energia sia nel risparmio energetico. Per esempio, sono utilizzati per migliorare l’efficienza delle celle solari e per prolungare la durata di vita delle pale eoliche. Nel settore delle batterie, poi, vengono utilizzati materiali innovativi a base di carbonio per migliorare le prestazioni delle batterie per automobili.
I materiali innovativi vengono inoltre utilizzati nella stampa 3D. Nota anche come «produzione additiva», la stampa 3D permette di stampare oggetti tridimensionali strato dopo strato. Esistono diversi dispositivi, processi e materiali utilizzati per questo tipo di produzione, compresi dispositivi di piccole dimensioni relativamente economici per uso hobbistico e scolastico, con cui i privati possono realizzare da sé giocattoli, gioielli e altri oggetti in plastica. Per conferire proprietà specifiche agli oggetti stampati, è possibile utilizzare plastiche contenenti materiali innovativi. Gli additivi a base di nanoparticelle metalliche, per esempio, donano agli oggetti stampati maggiore resistenza e lucentezza, rendendoli più pesanti rispetto a una semplice stampa in plastica. Gli additivi a base di carbonio (p. es. i nanotubi di carbonio o il grafene) garantiscono invece maggiore rigidità e resistenza. Gli oggetti così realizzati sono comunque molto leggeri e vengono spesso impiegati nella realizzazione di pezzi resistenti per i droni.
Per sfruttare appieno e a lungo termine il potenziale di questi materiali innovativi, è fondamentale considerare gli aspetti legati alla loro sicurezza e farlo per tutto il loro ciclo di vita, ovvero dalla produzione, all’utilizzo (quotidiano, lavorativo, scolastico, industriale ecc.), alla raccolta e al riciclaggio o allo smaltimento. (Maggiori informazioni sul tema dell’economia circolare sono disponibili sul sito dell’Ufficio federale dell’ambiente, UFAM).
Aspetti giuridici
La legislazione svizzera (ed europea) sui prodotti chimici non menziona esplicitamente i materiali innovativi e non li sottopone a requisiti aggiuntivi. Questi materiali sono quindi soggetti alle stesse leggi e ordinanze cui sottostanno i prodotti chimici e gli oggetti. Esistono alcune leggi, ordinanze e direttive che trattano invece nello specifico i nanomateriali (e dunque anche i nanomateriali innovativi) (cfr. Nanotecnologia: situazione giuridica in breve).
Attualmente la ricerca sta esaminando attentamente se i metodi di prova esistenti possono essere applicati (con eventuali modifiche) anche ai materiali innovativi o se è necessario svilupparne di completamente nuovi. Parallelamente a questi chiarimenti tecnici, presso istituzioni internazionali (p. es. l’OCSE o l’Unione europea nel quadro dell’«Advanced Materials Initiative») si discute in merito alla necessità o meno di adattare anche determinate leggi e normative.
Ulteriori informazioni
Temi correlati
Fotocopiatrici, stampanti e stampanti 3D
Le fotocopiatrici, le stampanti e le stampanti 3D rilasciano sostanze nocive. All’accensione e durante l’uso, infatti, liberano nell’aria polveri fini, composti organici volatili e ozono. Alcune semplici misure consentono di limitare l’inquinamento dell’aria.