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 in un cantiere edile, dove si indurirebbero e si solidificherebbero solo dall'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 , dal professor Michael 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, "dice Strano, il Carbon C. Dubbs Professore di Ingegneria Chimica. "Quelli che chiamiamo materiali che fissano il carbonio non esistono ancora oggi" al di fuori del regno biologico, lui dice, descrivere i materiali che possono trasformare l'anidride carbonica nell'aria ambiente in un solido, forma stabile, usando solo il potere 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 possa crescere come gli alberi, prendendo il carbonio dall'anidride carbonica e incorporandolo nella spina dorsale del materiale, "dice Strano.

Il materiale utilizzato dal team in questi esperimenti iniziali di proof-of-concept ha fatto uso di un componente biologico:cloroplasti, i componenti che catturano 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 piuttosto instabili, il che significa che tendono a smettere di funzionare dopo alcune ore quando vengono rimossi dall'impianto. Nella loro carta, Strano e i suoi collaboratori dimostrano metodi per aumentare significativamente la durata catalitica dei cloroplasti estratti. Nei lavori in corso e futuri, il cloroplasto viene sostituito da catalizzatori di origine non biologica, Strano spiega.

Il materiale utilizzato dai ricercatori, una matrice gel composta da un polimero costituito da aminopropil metacrilammide (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 usato come materiale da costruzione, sebbene possa funzionare come materiale di riempimento o rivestimento di crepe, dicono i ricercatori.

Il team ha elaborato metodi per produrre materiali di questo tipo a tonnellate, e si sta ora concentrando sull'ottimizzazione delle proprietà del materiale. Le applicazioni commerciali come i rivestimenti autorigeneranti e il 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.

Un vantaggio chiave di tali materiali è che si autoriparano in caso di esposizione alla luce solare o ad un'illuminazione interna, Strano dice. 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 auto-guarigione che potrebbero imitare questa capacità degli organismi biologici, dicono i ricercatori, questi hanno tutti richiesto un input esterno attivo per funzionare. Il riscaldamento, Luce UV, sollecitazioni meccaniche, o erano necessari trattamenti chimici per attivare il processo. Al contrario, questi materiali non hanno bisogno di altro che luce ambientale, e incorporano massa dal carbonio nell'atmosfera, che è onnipresente.

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

"La scienza dei materiali non ha mai prodotto nulla di simile, " Dice Strano. "Questi materiali imitano alcuni aspetti di qualcosa di vivo, anche se non si riproduce." Poiché la scoperta apre una vasta gamma di possibili ricerche di follow-up, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sta sponsorizzando un nuovo programma diretto da Strano per svilupparlo ulteriormente.

"Il nostro lavoro mostra che l'anidride carbonica non deve essere puramente un onere e un costo, Dice Strano. «È un'opportunità anche 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 consiste nel realizzare materiali che non siano solo carbon neutral, ma carbonio negativo."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.