Il grafene è un vero prodigio della scienza dei materiali. In questa forma di carbonio, gli atomi si dispongono in strati bidimensionali. Questo conferisce al grafene proprietà vantaggiose: è elettricamente conduttivo, quasi trasparente e possiede un'elevata resistenza alla trazione. Dal 2004, anno della sua prima sintesi, il materiale è oggetto di intensa ricerca, anche presso l'Empa. I suoi effetti sull’uomo e sull’ambiente sono stati approfonditamente studiati in un progetto europeo "Graphene Flagship" con la partecipazione di Empa.
Ora i ricercatori di Empa fanno un passo avanti e applicano il principio "Safe and Sustainable by Design" (SSbD) al nuovo materiale. "Il grafene è un buon esempio, perché su di esso esistono già molti studi e dati", spiega Peter Wick, che dirige il laboratorio "Nanomaterials in Health" di Empa. "Anche noi, nell'ambito del ‹Graphene Flagship›, ci siamo occupati per dieci anni di questo materiale."
Le idee di base dietro il concetto SSbD non sono nuove, continua il ricercatore: la sicurezza e la sostenibilità del grafene sono già state un tema centrale nel progetto Flagship. Nuova è l'integrazione di questi temi nel "framework SSbD", che dovrebbe permettere innovazioni sostenibili e sicure nell'industria.
Di conseguenza, i ricercatori di Empa non si sono interessati solamente a stabilire se il grafene sia sicuro e sostenibile di per sé. "Volevamo utilizzare la buona base di dati per testare l'applicazione del framework SSbD e scoprire dove e come può essere ulteriormente sviluppato e semplificato", spiega la ricercatrice Fiorella Pitaro della divisione "Tecnologia e Società" di Empa.
Un nome, molti materiali
Il compito è complesso: grazie alla vivace ricerca e sviluppo degli ultimi due decenni, al grafene puro si sono aggiunti una serie di prodotti correlati, i cosiddetti materiali simili al grafene. Ci sono il grafene puro, ma anche l'ossido di grafene, l'ossido di grafene ridotto, il "Few- Layer-Graphene", composto da più strati, e molti altri. Anche questi termini non sono sempre chiari e possono a loro volta designare diversi materiali lievemente differenti.
Questa varietà rappresenta una sfida, ma anche un vantaggio per l'applicazione di SSbD. "Possiamo confrontare i dati per ognuna di queste sottoclassi di materiali e fare affermazioni su come il potenziale di danno di una variante specifica sia legato alla sua struttura", spiega Wick. "Poiché spesso hanno funzionalità simili, è possibile, idealmente, utilizzare la forma più sicura di grafene per ogni applicazione."
Anche il modo in cui il materiale entra nel corpo umano è cruciale per valutazioni sulla sua sicurezza: viene inalato o iniettato direttamente nel flusso sanguigno come parte di un farmaco? Passa attraverso la catena alimentare nel nostro tratto digestivo o viene applicato sulla pelle? "Per stimare in modo affidabile il rischio per l’uomo, dobbiamo conoscere l’uso del materiale", afferma Wick. Infatti, l'uso determina se, come e in quale quantità si verifica un’esposizione.
Accessibile e affidabile
"Gli strumenti e i modelli utilizzati per le valutazioni nel framework SSbD sono stati sviluppati principalmente per le sostanze chimiche", afferma Fiorella Pitaro. Mentre per i chimici la struttura molecolare determina prevalentemente le proprietà, per i materiali entrano in gioco molti più fattori: la conformazione superficiale, la forma e la dimensione delle particelle, il tipo di lavorazione e molto altro. Un altro obiettivo dei ricercatori di Empa è quindi quello di sviluppare ulteriormente gli strumenti esistenti di SSbD in modo che possano essere applicati anche ai materiali.
L’obiettivo di SSbD è promuovere innovazioni sostenibili e sicure. "Affinché l'industria, in particolare le PMI, possano utilizzarlo, il framework deve diventare ancora più accessibile e semplice", afferma Peter Wick. Questo rendendo il più possibile affidabili le dichiarazioni sulla sicurezza e sostenibilità dei materiali e chimici esaminati. Per conciliare questi requisiti contrastanti è necessaria ulteriore ricerca – qualcosa che i team di Empa stanno portando avanti in diversi progetti.
Per quanto riguarda la sicurezza e la sostenibilità del grafene, gli esperti sono cautamente ottimisti. In molti ambiti e applicazioni, il materiale sembra essere più sicuro e sostenibile delle alternative a base di carbonio attualmente utilizzate. Tuttavia, ciò non giustifica il rilascio indiscriminato nell'ambiente, ammoniscono. "Non sappiamo ancora tutto", afferma il ricercatore Wick.
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