Il materiale autorigenerante può costruirsi dal carbonio nell'aria: Prendendo una pagina dalle piante verdi, il nuovo polimero “cresce” attraverso una reazione chimica con l'anidride carbonica.

Un materiale progettato dagli ingegneri chimici del MIT può reagire con l'anidride carbonica dell'aria, crescere, rafforzare, e persino ripararsi. Il polimero, che un giorno potrebbe essere utilizzato come materiale da costruzione o riparazione o per rivestimenti protettivi, converte continuamente il gas serra in un materiale a base di carbonio che si rinforza.

L'attuale versione del nuovo materiale è una sostanza sintetica simile al gel che esegue un processo chimico simile al modo in cui le piante incorporano l'anidride carbonica dall'aria nei loro tessuti in crescita. Il materiale potrebbe, per esempio, essere trasformati in pannelli di una matrice leggera che potrebbero essere spediti a un cantiere, dove si indurirebbero e si solidificherebbero solo per l'esposizione all'aria e alla luce solare, risparmiando così sull'energia e sui costi di trasporto.

La scoperta è descritta in un articolo sulla rivista Materiale avanzato, del Professor Michele Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak, e altri otto al MIT e all'Università della California a Riverside

“Questo è un concetto completamente nuovo nella scienza dei materiali,” says Strano, il carbonio C. Dubbs Professore di Ingegneria Chimica. "Quelli che chiamiamo materiali che fissano il carbonio non esistono ancora oggi" al di fuori del regno biologico, il programma ha inventato nuove combinazioni di sequenze che non assomigliano a nulla che si trovi in ​​natura: ha dedotto un modo completamente unico per risolvere il problema, descrivere materiali che possono trasformare l'anidride carbonica nell'aria ambiente in un solido, forma stabile, utilizzando solo la forza della luce solare, proprio come fanno le piante.

Sviluppare un materiale sintetico che non solo eviti l'uso di combustibili fossili per la sua creazione, ma in realtà consuma anidride carbonica dall'aria, ha evidenti benefici per l'ambiente e il clima, sottolineano i ricercatori. “Immagina un materiale sintetico che potrebbe crescere come alberi, prendendo il carbonio dall'anidride carbonica e incorporandolo nella spina dorsale del materiale,” Strano says.

Il materiale utilizzato dal team in questi primi esperimenti di prova del concetto faceva uso di un componente biologico: i cloroplasti, i componenti che sfruttano la luce all'interno delle cellule vegetali, che i ricercatori hanno ottenuto dalle foglie di spinaci. I cloroplasti non sono vivi ma catalizzano la reazione dell'anidride carbonica al glucosio. I cloroplasti isolati sono abbastanza instabili, nel senso che tendono a smettere di funzionare dopo poche ore quando vengono rimossi dall'impianto. Nel loro giornale, Strano ei suoi collaboratori dimostrano metodi per aumentare significativamente la durata catalitica dei cloroplasti estratti. Nel lavoro in corso e futuro, il cloroplasto viene sostituito da catalizzatori di origine non biologica, Strano spiega.

Il materiale utilizzato dai ricercatori, una matrice di gel composta da un polimero costituito da amminopropilmetacrilammide (APMA) e glucosio, un enzima chiamato glucosio ossidasi, e i cloroplasti, diventa più forte in quanto incorpora il carbonio. Non è ancora abbastanza resistente per essere utilizzato come materiale da costruzione, sebbene possa funzionare come materiale di riempimento per crepe o rivestimento, dicono i ricercatori.

Il team ha elaborato metodi per produrre materiali di questo tipo a tonnellate, e ora si sta concentrando sull'ottimizzazione delle proprietà del materiale. Applicazioni commerciali come rivestimenti autorigeneranti e riempimento di crepe sono realizzabili a breve termine, dicono, considerando che sono necessari ulteriori progressi nella chimica della spina dorsale e nella scienza dei materiali prima che possano essere sviluppati materiali da costruzione e compositi.

Uno dei principali vantaggi di tali materiali è che si autoriparano se esposti alla luce solare o all'illuminazione interna, Strano says. Se la superficie è graffiata o incrinata, l'area interessata cresce per colmare le lacune e riparare il danno, senza richiedere alcuna azione esterna.

Mentre c'è stato uno sforzo diffuso per sviluppare materiali autorigeneranti che potrebbero imitare questa capacità degli organismi biologici, dicono i ricercatori, questi hanno tutti richiesto un input esterno attivo per funzionare. Riscaldamento, luce UV, sollecitazioni meccaniche, o un trattamento chimico erano necessari per attivare il processo. Al contrario, questi materiali non hanno bisogno di altro che della luce ambientale, e incorporano massa dal carbonio nell'atmosfera, che è onnipresente.

Il materiale inizia come un liquido, Kwak dice, aggiungendo, "è emozionante guardarlo mentre inizia a crescere e a raggrupparsi" in una forma solida.

“La scienza dei materiali non ha mai prodotto nulla di simile,” Strano says. “Questi materiali imitano alcuni aspetti di qualcosa di vivente, anche se non si riproduce. Perché la scoperta apre una vasta gamma di possibili ricerche di follow-up, gli Stati Uniti. Il Dipartimento dell'Energia sta sponsorizzando un nuovo programma diretto da Strano per svilupparlo ulteriormente.

“Il nostro lavoro dimostra che l'anidride carbonica non deve essere solo un onere e un costo,” Strano says. “È anche un'opportunità in questo senso. C'è carbonio ovunque. Costruiamo il mondo con il carbonio. Gli esseri umani sono fatti di carbonio. Realizzare un materiale che possa accedere all'abbondante carbonio che ci circonda è un'opportunità significativa per la scienza dei materiali. In questo modo, il nostro lavoro riguarda la realizzazione di materiali che non siano solo carbon neutral, ma carbonio negativo.

fonte:

http://news.mit.edu, da David L. droghiere