I metalli rari si trovano in una vasta gamma di oggetti di uso quotidiano che ci circondano. Sono complicati da estrarre, difficili da riciclare e così rari che molti di loro sono diventati "minerali dei conflitti" che possono promuovere conflitti e oppressione. Un sondaggio presso la Chalmers University of Technology mostra ora che esistono potenziali soluzioni basate sulla tecnologia che possono sostituire molti dei metalli con nanomateriali di carbonio, come il grafene.

Possono essere trovati nel tuo computer, nel tuo cellulare, in quasi tutte le altre apparecchiature elettroniche e in molte delle plastiche intorno a te. La società è fortemente dipendente dai metalli scarsi, e questa dipendenza ha molti svantaggi.

Metalli rari come stagno, d'argento, il tungsteno e l'indio sono entrambi rari e difficili da estrarre poiché le concentrazioni lavorabili sono molto piccole. Ciò garantisce che i metalli siano molto ricercati e la loro estrazione è un terreno fertile per i conflitti, come nella Repubblica Democratica del Congo dove finanziano conflitti armati.

Inoltre, sono difficili da riciclare con profitto poiché sono spesso presenti in piccole quantità in vari componenti come l'elettronica.

Rickard Arvidsson e Björn Sandén, ricercatori in analisi dei sistemi ambientali presso la Chalmers University of Technology, hanno ora esaminato una soluzione alternativa:sostituire i nanomateriali di carbonio per i metalli scarsi. Queste sostanze - la più nota delle quali è il grafene - sono materiali resistenti con una buona conduttività, come metalli rari.

"Ora lo sviluppo della tecnologia ci ha permesso di fare maggiore uso dell'elemento comune carbonio, " dice Sandén. "Oggi ci sono molti nuovi nanomateriali di carbonio con proprietà simili ai metalli. È una nuova traccia benvenuta, ed è importante investire d'ora in poi sia nel riciclaggio che nella sostituzione dei metalli scarsi".

I ricercatori Chalmers hanno studiato le principali applicazioni di 14 metalli diversi, e rivedendo i brevetti e la letteratura scientifica hanno studiato il potenziale per sostituirli con nanomateriali di carbonio. I risultati forniscono una panoramica unica della ricerca e dello sviluppo tecnologico nel campo.

Secondo Arvidsson e Sandén, la sintesi mostra che è già in atto un passaggio dall'uso di metalli scarsi ai nanomateriali di carbonio.

"Esistono potenziali soluzioni basate sulla tecnologia per sostituire 13 dei 14 metalli con nanomateriali di carbonio nelle loro applicazioni più comuni. Lo sviluppo della tecnologia è in fasi diverse per diversi metalli e applicazioni, ma in alcuni casi come indio e gallio, i risultati sono molto promettenti, " dice Arvidsson.

"Questo offre speranza, " dice Sandén. "Nel dibattito sui vincoli delle risorse, economia circolare e gestione dei materiali da parte della società, l'attenzione è stata a lungo sul riciclaggio e il riutilizzo. La sostituzione è una potenziale alternativa che non è stata esplorata nella stessa misura e poiché le questioni relative alle risorse diventano più pressanti, ora abbiamo più strumenti con cui lavorare."

I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati nel Journal of Cleaner Production . Arvidsson e Sandén sottolineano che ci sono vantaggi potenziali significativi dalla riduzione dell'uso di metalli scarsi, e sperano di essere in grado di rafforzare la necessità di più ricerca e sviluppo nel campo.

"Immagina di poter sostituire i metalli scarsi con il carbonio, " dice Sandén. "Estrarre il carbonio dalla biomassa creerebbe un ciclo naturale".

"Dato che il carbonio è un materiale così comune e facilmente disponibile, sarebbe anche possibile ridurre i conflitti e i problemi geopolitici associati a questi metalli, " dice Arvidsson.

Allo stesso tempo, sottolineano che sono necessarie ulteriori ricerche sul campo per affrontare eventuali nuovi problemi che potrebbero sorgere se i metalli scarsi vengono sostituiti.

"I nanomateriali di carbonio sono solo una scoperta relativamente recente, e finora la conoscenza è limitata sul loro impatto ambientale dal punto di vista del ciclo di vita. Ma in generale sembra esserci un potenziale per un basso impatto ambientale, " dice Arvidsson.

Fatti:

I nanomateriali di carbonio sono costituiti esclusivamente o principalmente da carbonio, e sono materiali resistenti con una buona conduttività. Diversi metalli rari hanno proprietà simili. I metalli si trovano, Per esempio, nei cavi, schermi sottili, ritardanti di fiamma, protezione dalla corrosione e condensatori.

Rickard Arvidsson e Björn Sandén della Chalmers University of Technology hanno studiato se i nanomateriali di carbonio grafene, fullereni e nanotubi di carbonio hanno il potenziale per sostituire 14 metalli rari nelle loro principali aree di applicazione (vedi tabella nell'immagine allegata). Hanno trovato potenziali soluzioni basate sulla tecnologia per sostituire i metalli con nanomateriali di carbonio per tutte le applicazioni ad eccezione dell'oro nei gioielli. I metalli che siamo più vicini a poter sostituire sono l'indio, gallio, berillio e argento.