Per Tanja Zimmermann, la ricerca sui materiali è la spina dorsale del progresso tecnologico. Circa due terzi di tutte le innovazioni si basano direttamente su materiali nuovi o migliorati, dalle batterie ai sensori medici fino ai materiali da costruzione. L’approccio dell’Empa, che sviluppa materiali per l’edilizia, l’energia e la salute come centro di competenza nazionale, è di conseguenza ampio. Si va da progetti di base in laboratorio a studi di fattibilità con partner industriali. Tra questi, sistemi di accumulo dell’energia più efficienti, nuove tecnologie fotovoltaiche e nanomateriali bidimensionali come l’MXene, che in futuro potrebbero rendere l’elettronica e la sensoristica più compatte e potenti.
applicazioni per l’energia, la salute e l’edilizia
Nel settore della salute, l’Empa sta lavorando su sensori tessili che consentono di effettuare ECG a lungo termine senza i tradizionali elettrodi di gel, evitando così l’irritazione della pelle. Altri progetti si concentrano su materiali intelligenti per le sale operatorie, come gli adesivi che sigillano le perdite nella cavità addominale e forniscono un avviso precoce di perdite grazie a sensori integrati.
Nel settore delle costruzioni, l’attenzione è rivolta all’economia circolare e all’efficienza delle risorse. I nuovi calcestruzzi e i materiali compositi dovrebbero raggiungere la stessa capacità di carico con una quantità significativamente inferiore di cemento e acciaio, riducendo così sensibilmente l’impronta di carbonio degli edifici. Allo stesso tempo, l’Empa sta sviluppando materiali altamente resistenti alle temperature per i droni che possono volare direttamente sulle fonti di incendio, nonché plastiche rinforzate con fibre di carbonio, che rendono sempre più leggeri e durevoli ponti e grandi strutture.
CO₂ come materia prima
L’Empa sta facendo un ulteriore passo avanti con la sua iniziativa “Mining the Atmosphere”. L’obiettivo non è solo quello di risparmiare CO₂, ma anche di estrarla dall’atmosfera e utilizzarla come materia prima. I ricercatori stanno studiando come il carbonio della CO₂ possa essere incorporato in materiali ceramici come il carburo di silicio o in materiali da costruzione come il calcestruzzo, in modo che gli edifici stessi diventino pozzi di carbonio. A lungo termine, questi approcci dovrebbero contribuire a compensare alcune delle emissioni storiche e a realizzare la transizione da una società che emette CO₂ a una società che la vincola. Un “progetto del secolo” che richiede enormi quantità di energia rinnovabile e una stretta collaborazione tra ricerca e industria.
Alta tecnologia dalla natura
Anche nella ricerca sul legno Zimmermann si affida a una combinazione di principi naturali e alta tecnologia. A suo avviso, il legno è l’unica grande risorsa indigena e rinnovabile della Svizzera, leggera, stabile e modificabile in molti modi. Lo spettro spazia dal legno mineralizzato ignifugo alle superfici antimicrobiche e all’uso della cellulosa fibrillata, le cui nanofibre possono formare gel trasparenti, spugne altamente porose o pellicole barriera per imballaggi alimentari. Tali spugne di cellulosa possono assorbire selettivamente l’olio dall’acqua o legare il CO₂ dall’aria. Come rivestimento spray, prolungano la durata di conservazione di frutta e verdura senza bisogno di pellicole di plastica. Progetti più recenti stanno creando “materiali viventi”, come strutture stampate di nanocellulosa e diatomee, destinate a monitorare la qualità dell’acqua come sensori biologici.
Progetti a lungo termine come “CarboQuant”
Con “CarboQuant”, la Fondazione Werner Siemens sostiene un altro progetto a lungo termine dell’Empa. Un laboratorio che studia le nanostrutture di carbonio per le tecnologie quantistiche. L’obiettivo è progettare nanoribbons e nano-grafeni di grafene in modo così preciso che i loro effetti quantistici possano essere utilizzati per componenti elettronici a temperatura ambiente. Ad esempio, per la tecnologia dei sensori, la comunicazione o i futuri computer quantistici. Questi progetti dimostrano perché le fondazioni e gli sponsor pubblici sono fondamentali per l’Empa. Molte innovazioni nei materiali richiedono anni o addirittura decenni prima di poter essere scalate e utilizzate a livello commerciale. Per Zimmermann, tuttavia, è chiaro che senza questa forza di resistenza e senza la ricerca sui materiali non esisterebbero né le tecnologie che rendono possibile la transizione energetica né molte delle soluzioni che già oggi fanno sembrare la nostra vita quotidiana più naturale.
