I materiali che non c’erano: invenzioni e scoperte

L'incontro "I materiali che non c'erano. Invenzioni e scoperte", che si è tenuto nella Sala Conai A4, moderato da Francesco Mambretti, Post Doc in Simulazioni Atomistiche all'Istituto Italiano di Tecnologia.
Sul palco, il professor Marco Beghi del Politecnico di Milano e la professoressa Silvia Gross dell'Università di Padova hanno guidato il pubblico in un percorso affascinante, che dalla scala atomica arriva alle grandi sfide geopolitiche del nostro tempo.

"La scoperta riguarda un fenomeno nuovo, tipicamente imprevisto, qualcosa che nessuno cercava perché nessuno immaginava che esistesse", ha spiegato Marco Beghi. L'esempio per eccellenza è la superconduttività, osservata per la prima volta da Kamerlingh Onnes mentre studiava il comportamento dei metalli a temperature bassissime, rese possibili dalla sua capacità di liquefare l'elio. Una pura scoperta, dunque, che ha aperto la strada a innumerevoli invenzioni.

L'invenzione, invece, è "l'esito tenacemente perseguito per decenni", come nel caso dei vetri sensibili dei nostri smartphone. Un'idea nata con le prime interfacce grafiche dei computer che ha richiesto decenni di sforzi mirati e ingenti investimenti per diventare realtà.

Beghi ha sottolineato come il successo di un materiale non dipenda solo dalle sue proprietà intrinseche, ma anche dalle tecnologie che ne permettono la produzione e l'utilizzo. L'acciaio, una lega di ferro e carbonio, è stato il mattone della rivoluzione industriale. Allo stesso modo, il silicio ha mantenuto il suo dominio sull'arseniuro di gallio, potenzialmente più veloce, non per le sue qualità assolute, ma perché la tecnologia per produrre cristalli di silicio perfetti su larga scala era molto più avanzata. Questo ha spinto verso una miniaturizzazione sempre più estrema, portando ad avere oggi fino a 100 milioni di transistor su un millimetro quadrato, rendendo i dispositivi incredibilmente più rapidi.

Il professore ha poi concluso il suo intervento mostrando la complessità di un moderno filo superconduttore: per renderlo stabile e funzionale, centinaia di microscopici tubicini di niobio riempiti di stagno vengono assemblati in un filo dal diametro inferiore al millimetro. "La superconduttività è una scoperta," ha chiosato Beghi, "ma per fare un filo così, è chiaro che questa è tutta invenzione e tecnologia".

Se Beghi ha guardato alla creazione di nuovi materiali, la professoressa Silvia Gross ha rovesciato la prospettiva, partendo "da materiali che c'erano, che stanno diventando scarsi o, come si dice in modo tecnico, critici, ma che è necessario recuperare".

La transizione ecologica e digitale, ha spiegato Gross, è in realtà una "transizione dei materiali". Un sistema energetico basato sulle rinnovabili è molto più intensivo in termini di utilizzo di metalli rispetto a quello tradizionale. Basti pensare che una macchina elettrica contiene una quantità di materie prime critiche, come i metalli per le batterie e i magneti, enormemente superiore a un'auto con motore endotermico.

L'Unione Europea, consapevole della propria dipendenza da paesi come la Cina che detiene il monopolio su molti di questi elementi (le cosiddette "terre rare"), ha stilato una lista di materie prime definite "critiche". La criticità è data da due fattori: l'importanza strategica per le tecnologie europee e l'alto rischio di interruzione delle forniture, anche per tensioni geopolitiche.

La soluzione, secondo la professoressa, risiede nell'economia circolare e nello sfruttamento delle "miniere urbane": i nostri rifiuti elettronici. "La concentrazione di metalli in una tonnellata di telefonini è 100 volte più elevata di quella che trovo nella roccia da miniera", ha affermato Gross, evidenziando l'enorme potenziale, anche economico, del riciclo. Estrarre metalli dai rifiuti, inoltre, richiede molta meno energia e produce meno acque reflue rispetto all'estrazione mineraria tradizionale.

La sfida tecnologica è immensa: in un cellulare ci sono dai 30 ai 40 elementi diversi, e separarli in modo selettivo è un processo complesso. Qui entra in gioco la creatività della chimica, con lo sviluppo di nuove molecole "intelligenti" capaci di "catturare" selettivamente un solo metallo, o l'uso di solventi innovativi e più sostenibili per estrarre litio e cobalto dalle batterie esauste.

L'incontro si è concluso con un forte richiamo alla responsabilità e all'intelligenza, come sottolineato dal moderatore Francesco Mambretti, invitando a un approccio non ideologico al tema del recupero. Un invito a continuare il dialogo visitando la mostra "Homo Faber", curata dall'associazione Euresis, per toccare con mano come l'uomo possa conoscere e manipolare la materia per costruire un futuro più sostenibile.