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Innovazione | 14 febbraio 2020, 14:00

Dall'Università di Genova al Max Planck Institute di Postdam, Paolo Giusto: "Faccio ricerca per una chimica sostenibile"

Paolo Giusto sta lavorando su pellicole sottilissime di materiali organici biocompatibili, molto efficienti e di basso costo. Lo abbiamo intervistato

Paolo Giusto

Paolo Giusto

Mai come adesso si è fatto che parlare, giustamente, di giovani che lottano per un futuro che vada sempre più nella direzione della difesa del Pianeta. Sulla spinta di Greta Thunberg, infatti, sono nati diversi movimenti a livello globale, dal più famoso Fridays for Future al più recente (e provocatorio) Gink (“Green Inclination, no kids”, ossia lo sciopero delle nascite), cui aderiscono i 20-30enni che rinunciano ai figli per evitare il sovrappopolamento e la conseguente riduzione delle risorse.

Esiste, però, un’altra realtà che fronteggia le problematiche ambientali, ma senza riempire le pagine dei giornali e senza fare rumore. Si tratta di scienziati e ricercatori mossi da una coscienza sostenibile che si adoperano per trovare nuove soluzioni a basso impatto ambientale.

Stiamo parlando, in particolare, di chi si occupa di scienza, come Paolo Giusto (di Imperia), che dopo la laurea in Chimica Industriale all’Università di Genova e una borsa di studio che gli ha permesso di condurre parte dei suoi studi alla Nanyang Technological University di Singapore, lavora, terminato il dottorato di ricerca in chimica dei polimeri, in uno delle associazioni scientifiche di maggior prestigio del mondo, la Max Planck Society, presso l’istituto di “Colloid and Interfaces” di Potsdam. E lo fa con un obiettivo molto chiaro: sostituire i materiali inorganici con quelli organici, biocompatibili, molto efficienti e di basso costo. Mentre già dal 2018 per sfruttare la grande quantità di mozziconi di sigarette che vengono prodotte, ha sviluppato in collaborazione con altri colleghi dell’Università di Genova un sistema per trasformarli in carbone organico da usare per inchiostri e vernici.

Che tipo di materiali sono quelli di cui si occupa?

Si tratta di materiali organici, quindi a base di carbonio, la cui combinazione di carbonio e azoto o di carbonio, azoto e boro, permette applicazioni differenti. Il grande vantaggio di questi materiali e la  duttilità per diverse applicazioni, in quanto le loro proprietà possono essere selettivamente modificate cambiando il contenuto relativo degli elementi costituenti. Per esempio posso cambiarne il colore della fluorescenza: l’emissione blu si può fare diventare gialla o verde o rossa, in ogni caso senza l’uso di metalli.

Per questo, a trasformare la materia, non si sente un po’ un mago?

Una via di mezzo: c’è sempre un po’ di magia, ma anche un po’ dello chef Bruno Barbieri. Si può dire che in qualche modo "cucino" le mie molecole e le trasformo in materiali per una specifica applicazione, un po’ come uno cuoco, appunto, che dalle materie prime crea un piatto delizioso.

Quali sono i campi d’applicazione di questi materiali organici?

Sono materiali molto duttili, multifunzionali e adattabili all’obiettivo, il che è un grandissimo vantaggio. Infatti i campi d’applicazione variano dalla fotocatalisi, utilizzata ad esempio per la degradazione di inquinanti chimici per mezzo della luce, all’ottica e all’optoelettronica, cioè la branca dell’elettronica che si occupa di dispositivi che interagiscono con la luce. Lo scopo principale della mia ricerca sui materiali polimerici a base di carbonio e azoto è quello di aprire una nuova frontiera per questi materiali in questi due ambiti. Nello specifico, essendo altamente riflettenti, in maniera simile al diamante, sono di particolare interesse per il controllo della luce, ma anche come materiali luminescenti in dispositivi come i light emitting diodes, cioè i led, comunemente utilizzati in computer e smartphone. Questo è molto importante, perché i dispositivi di nuova generazione, per esempio, richiedono componenti interne sempre più piccole ed efficienti con superfici molto omogenee e sottili, e questi materiali hanno il potenziale per soddisfare tali requisiti.

Quali vantaggi hanno rispetto ai materiali inorganici?

Grazie alla mia ricerca ho sviluppato dei film polimerici molto sottili –1000 volte più di un capello – con questi materiali, che prima erano preparati come polveri. Avere creato delle pellicole, invece, permette di aprire nuovi orizzonti: nel campo dell’ottica serve al controllo della luce e nell’optoelettronica, come ho detto, è utile per i led, che oggi sono alla base di gran parte dei dispositivi come cellulari, computer e tv. Inoltre abbiamo potuto constatare che queste sottili coperture sono molto rigide e resistenti, il che ne permette l’uso come film antigraffio e anticorrosione. E la superficie è antibatterica, quindi non permette la proliferazione di microrganismi quando queste superfici sono esposte alla luce. 

 

Perché sono utili alla salvaguardia dell’ambiente e dell’uomo?

Perché sono materiali che “passivamente” possono ridurre l’inquinamento, per esempio, nel caso di composti organici tossici, come coloranti o inquinanti organici, sfruttando la luce del sole. In ambito energetico possono aumentare l’efficienza delle celle solari di ultima generazione o servire da elettrodi nelle batterie al litio. Inoltre sono biocompatibili, il che ne permetterebbe l’uso in dispositivi indossabili, i cosiddetti wearable, come gli smartwatch e tutti quei dispositivi medicali che entrano a contatto con la pelle per monitorare in tempo reale le condizioni dei pazienti. Inoltre possono essere utilizzati per sostituire materiali inorganici ampiamente impiegati al giorno d’oggi, che possono contenere elementi tossici, come il cadmio, e che spesso sono estratti da miniere o preparati ad elevate temperature. Invece l’uso di materiali organici, ottenuti da fonti comuni come l’urea e preparati a temperature molto inferiori rispetto a quelle necessarie nei comuni processi chimici, può essere di grande vantaggio soprattutto per evitare che alla fine del ciclo di vita del dispositivo elementi inquinanti o tossici, come i metalli pesanti, finiscano nel terreno. Si tratta, infine, di materiali ad alta reperibilità e a basso costo: il vantaggio dei film sottili, e quindi della miniaturizzazione, è che la quantità di materiale usato è ridottissima: meno di un milligrammo su una superficie di un centimetro quadrato, che è l’equivalente di 20 granelli di sabbia.

Qual è il suo obiettivo?

Che questa ricerca veda la luce anche nel campo della chimica industriale per implementare questi materiali anche nei processi su larga scala. Materiali che possono essere preparati anche da fonti rinnovabili sono il futuro, in quanto la loro richiesta è sempre più alta e inevitabilmente i materiali che vengono estratti dalle miniere non solo non favoriscono l’ambiente, ma, a causa dell’aumento continuo della richiesta, sono sempre più difficili da reperire.

Il direttore del Max Planck Institute deve credere molto nel tuo lavoro, tanto da averti affidato l’organizzazione del laboratorio nel tuo dipartimento di ricerca.

Sì, per me è stato motivo di grande orgoglio e responsabilità, in quanto il direttore Antonietti mi ha messo a disposizione un laboratorio per implementarvi il sistema per la preparazione di film sottili organici, chiamato Chemical Vapor Deposition. Ho personalmente attrezzato e adattato tutto il laboratorio allo scopo: è stato un lavoro lungo e di grande responsabilità, che è servito a far sì che oggi questa ricerca possa continuare e permetta ad altri ricercatori di continuare a lavorare in questa direzione. 

Cosa pensa della plastica e dell’uso che ne facciamo?

 

Il discorso sui materiali plastici, che sono in larga parte materiali organici, è molto articolato. A mio avviso i materiali plastici presentano grandi vantaggi, come leggerezza e resistenza, tuttavia è necessario creare una consapevolezza del prodotto nell’utente finale  e un sistema di smaltimento, recupero e riciclo più efficiente e responsabile. 

Nel 2017 insieme a Fabio Corradi, Thomas Virdis e Xavier Ferrari, hai fatto nascere la start up Eco2Logic, vincitrice di Smart Cup Liguria, per produrre carbone, da trasformare in vernice, dai mozziconi di sigarette: come sta andando?

All’inizio, quando eravamo coinquilini a Genova, durante l’università, abbiamo sfruttato un metodo per trasformare le cicche in carboni, non tossici e non inquinanti, che possono essere utilizzati per la produzione di vernici ed  inchiostri. Le cicche delle sigarette, infatti, contengono composti chimici altamente inquinanti, sia sulla terra che in mare. Col nostro sistema sfruttiamo i filtri come materia prima ed attraverso la tecnica della carbonizzazione idrotermale, che in termini semplici può essere immaginata come una pentola a pressione, i filtri possono essere reintrodotti, con un valore aggiunto, nei processi di produzione di inchiostri e vernici, allungandone dunque il ciclo di vita e riducendo l’inquinamento causato dagli stessi. Inoltre con questo processo le particelle più grosse, il particolato grezzo, possono essere usate come ammendante per terreni agricoli, mentre quelle più fini si possono impiegare in ambito tecnico, per pneumatici. Al momento, stiamo cercando di ampliare  lo spettro delle materie prime utilizzabili, come le foglie e le erbacce scartate dagli sfalci cittadini e gli scarti di frutta e verdure, che sono più difficili e meno convenienti da trattare con i metodi convenzionali, come con i termovalorizzatori, contrariamente al nostro sistema.

Il tuo settore è la chimica industriale: si va nella direzione ecosostenibile?

Sì, è un argomento di grande attualità, specialmente da quando nel 1991 sono stati scritti i dodici principi della “Green Chemistry”, che comprendono, tra gli altri, la minimizzazione del consumo energetico e lo sviluppo di materiali non tossici e in generale con minor impatto ambientale possibile. L’industria chimica sta indubbiamente muovendosi in questa direzione: basti pensare che tra il 2004 e il 2014, l’industria farmaceutica ha ridotto i composti chimici di scarto del 50% circa, passando da quasi 200 milioni di tonnellate a circa 100 milioni di tonnellate, mentre la ricerca nel campo delle energie rinnovabili, in stati leader nel settore come la Germania hanno permesso loro di ridurre le emissioni di gas serra - in termini di equivalenti di CO2 - di oltre 180 milioni di tonnellate, circa il doppio rispetto a dieci anni prima.

 

 

 

Medea Garrone

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