Il rapporto di AIRI Le Innovazioni del Prossimo Futuro affronta il tema della collaborazione pubblico-privato in dieci settori industriali strategici per l’Italia - tra cui Chimica e Materiali - proponendosi come strumento di orientamento per imprese, istituzioni e investitori. Giunto alla sua undicesima edizione, lo studio rappresenta un unicum nazionale per attività di technology assessment e foresight. In questo articolo analizziamo i risultati emersi per il settore Chimica e Materiali.

Il trasferimento tecnologico dei MOF dalla scala di laboratorio a quella industriale comporta la considerazione di diversi fattori, quali il costo dei precursori metallici e molecolari, la selezione di solventi green ad alta riciclabilità e l’impiego di percorsi sintetici alternativi, quali le sintesi senza solventi o meccanochimiche. Alcuni esempi significativi di trasferimento industriale dei MOF sono qui riportati.

Mediante alcuni casi di studio si intende evidenziare il ruolo di tecniche di indagine avanzata - quali diffrazione di raggi X, spettroscopie di risonanza magnetica nucleare e infrarossa e modellizzazione teorica - per caratterizzare la risposta strutturale dei MOF a corto e lungo raggio e ottenere informazioni chiave per razionalizzare le loro prestazioni funzionali e promuoverne le applicazioni.

La separazione di piccole molecole è alla base di numerosi processi industriali, ma richiede spesso tecnologie ad alto consumo energetico. Grazie alla possibilità di progettare dimensione dei pori e chimica della superficie interna, i Metal-Organic Frameworks (MOF) rappresentano una piattaforma promettente per sviluppare materiali adsorbenti altamente selettivi per la cattura e separazione di gas, idrocarburi leggeri e piccole molecole.

I Metal Organic Frameworks (MOF) sono materiali porosi altamente versatili, oggi studiati in numerosi ambiti applicativi. Grazie alla loro modularità strutturale, trovano impiego sia nel settore biomedicale sia nella tutela ambientale. Questo contributo illustra recenti applicazioni dei MOF nella diagnostica per immagini, nella terapia antitumorale e nella rimozione di contaminanti da sistemi acquosi.

Di recente i MOF sono stati proposti anche per applicazioni oltre l’originale cattura e separazione di gas. Infatti, modificando opportunamente struttura e proprietà chimiche, possono essere impiegati come sensori luminescenti per il monitoraggio ambientale, conduttori ionici per batterie di nuova generazione, e conduttori misti di elettroni e protoni per dispositivi intelligenti e neuromorfici.

Decarbonizing transport is one of the key objectives for achieving net-zero emissions by 2050. In this context, in 2023 the European Union adopted the ReFuelEU Aviation regulation, which promotes the use of Sustainable Aviation Fuels (SAF) with the goal of replacing up to 70% of fossil kerosene - commonly known as jet fuel - by 2050. The article describes the main SAF production technologies, focusing in particular on processes for producing e-kerosene from renewable electricity and CO₂, and compares their potential and limitations.

Il nitruro di gallio (GaN) è un materiale semiconduttore della famiglia dei ‘materiali a banda larga di conduzione’ (WBG, Wide Band Gap) con mobilità elettronica elevata e alta densità di corrente. Queste proprietà consentono lo sviluppo di dispositivi ad alta efficienza e ad alta potenza per applicazioni che spaziano dall’elettronica di consumo ai sistemi di alimentazione automobilistici e industriali. Questo articolo fornisce una panoramica delle caratteristiche del materiale GaN, delle strutture dei dispositivi e delle tendenze di mercato, con particolare attenzione ai vantaggi rispetto ai materiali tradizionali come il silicio (Si), il carburo di silicio (SiC) e l’arseniuro di gallio (GaAs).

La diffusione delle batterie al litio rende strategico il recupero di metalli critici come litio, cobalto e nichel. Il riciclo riduce dipendenza estera e impatti ambientali, creando opportunità industriali e finanziarie. Tra le tecnologie emergenti spicca il processo carbotermico a microonde sviluppato dall’Università di Brescia, più efficiente e sostenibile.

L’articolo descrive lo sviluppo di pompe polimeriche miniaturizzate ed elettroattive per la risoluzione wireless di analiti chirali. Combinando l’elettrochimica bipolare con oligomeri inerentemente chirali, sono stati sintetizzati dispositivi tubolari cavi in polipirrolo capaci di caricare e rilasciare selettivamente enantiomeri di farmaci e probe molecolari. Il sistema mima le prestazioni di una colonna HPLC in un formato miniaturizzato, aprendo nuove strade per la separazione chirale in situ.

Lo studio riporta la prima evidenza della presenza di microplastiche e loro additivi nel tessuto renale umano, e ne conferma la presenza nelle urine. L’analisi, eseguita mediante spettroscopia µRaman, ha permesso di identificare 26 particelle riconducibili a polimeri e pigmenti comuni. I risultati suggeriscono un possibile accumulo renale e una parziale eliminazione urinaria di tali inquinanti.

L’articolo ricostruisce la storia dell’EDTA: dalla prima sintesi di Ferdinand Münz del 1935 per la tintura tessile, alle applicazioni in medicina, alimenti e detergenti, fino all’uso recente nei MOF per catturare metalli pesanti e sviluppare materiali avanzati.

Il problema delle esplosioni di polveri si è probabilmente posto quando è stato inventato il mulino per produrre la farina (polvere combustibile finemente suddivisa!). Tuttavia la comprensione della loro vera natura ha avuto uno sviluppo assai lento. In particolare è stato molto difficile accettare che un’esplosione potesse essere provocata dalla sola polvere senza la contemporanea presenza di un gas infiammabile.

Il testo analizza le sfide globali del XXI secolo, in particolare cambiamento climatico e transizione energetica. Solare ed eolico sono le principali alternative ai combustibili fossili, ma richiedono tecnologie energivore e materie prime strategiche. Grazie a energia a basso costo, investimenti industriali e controllo di silicio e terre rare, la Cina è diventata leader mondiale nelle tecnologie rinnovabili.