I materiali danno forma alle civiltà

Piuttosto che cercare nuovi materiali, oggi gli scienziati dei materiali si concentrano sullo sviluppo di quelli esistenti attraverso nuovi processi rivoluzionari. I risultati del loro lavoro cambieranno senza dubbio il mondo che ci circonda, e forse contribuiranno a salvarlo.

Lo sviluppo di nuovi materiali è forse una delle imprese più importanti dell'umanità, che definisce i periodi storici e cambia l'aspetto del mondo che ci circonda. Dopotutto, le età della pietra, del ferro e del bronzo sono state così chiamate per via dei materiali più utilizzati in quel periodo.

Quando si tratta di pensare oggi ai materiali di domani, l'attenzione maggiore è rivolta alla sostenibilità. La scienza dei materiali è fondamentale per rendere possibili sistemi energetici sicuri, puliti ed efficienti e per rendere sostenibile un'intera gamma di industrie, dai trasporti alla produzione.

Annika Borgenstam è docente presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma. Utilizza la Torre Eiffel come esempio di come la scienza dei materiali possa portare a un mondo più sostenibile.

"Se utilizzassimo gli acciai avanzati ad alta resistenza di cui disponiamo oggi, potremmo costruire quattro Torri Eiffel con la stessa quantità di materiale utilizzato in origine", spiega l'esperta, "costruire costruzioni più leggere significa ridurre il trasporto di materiale e la produzione di materiale. Entrambi i fattori comportano una riduzione delle emissioni di CO₂. Un acciaio più resistente significa anche che aerei, automobili e simili peseranno meno, il che significa meno emissioni di CO₂ ".

Ristrutturazione radicale

Gli scienziati dei materiali sono alla ricerca di materiali più leggeri e in grado di resistere a temperature più elevate e ad atmosfere più corrosive.

Ma piuttosto che cercare di sviluppare nuovi materiali, oggi la grande spinta del settore riguarda la ristrutturazione (spesso radicale) dei materiali esistenti, utilizzando nuovi processi rivoluzionari come la produzione additiva, nota anche come stampa 3D, e la modellazione computazionale.

"La produzione additiva aprirà modi completamente nuovi di utilizzare gli stessi tipi di materiali che abbiamo oggi, incorporando le proprietà di cui abbiamo bisogno", afferma Borgenstam.

Additive manufacturing has opened up completely new ways of using the same types of materials that we have today, by building in certain properties and allowing products to be topologically optimized.

Uno dei motivi per cui la scienza dei materiali si concentra oggi sui nuovi processi e sullo sviluppo dei materiali esistenti è che lo sviluppo di nuovi materiali può richiedere molti anni. E mentre si cerca di sostituire alcuni materiali scarsi come il cobalto, utilizzato negli utensili da taglio e nelle batterie delle auto elettriche, gli scienziati dei materiali si concentrano sempre più sul riciclaggio dei materiali.

Difficile competere con l'acciaio

Borgenstam cita l'acciaio come esempio di materiale esistente per il quale non è necessario trovare un sostituto: "L'acciaio è completamente riciclabile, economico e abbondante e possiamo produrlo con un ampio spettro di proprietà diverse", afferma l'esperta, "è difficile competere con questo. L'acciaio ha ancora margini di miglioramento. Siamo lontani dal raggiungere la sua forza teorica".

Forse uno dei maggiori problemi che si pongono allo sviluppo di nuovi materiali è la carenza di giovani con le giuste competenze per intraprendere le ricerche del caso. "Non è facile reclutare giovani nel campo dei materiali", dice Borgenstam, "non è così conosciuto come lo sono la fisica e la chimica, e alcuni aspetti di questo settore, come l'industria siderurgica, sono talvolta presentati negativamente dai media".

Ma, aggiunge, si tratta di un settore in cui i giovani scienziati e ingegneri possono avere un enorme impatto sul mondo che li circonda: "Consiglierei ai giovani che entrare nella scienza dei materiali è un modo per salvare il mondo, perché si può davvero avere un impatto sulla sostenibilità e sulla salvaguardia dell'ambiente. L'uso di materiali migliori ha moltissimi effetti positivi e dobbiamo mostrarlo loro".