Il crescente utilizzo di nanotubi di carbonio (CNT) – e una proposta dell’Unione Europea per vietare l’intera classe di materiali – evidenzia la necessità di un approccio aggiornato e standardizzato per valutare gli impatti umani e ambientali dei CNT e dei prodotti che li contengono, secondo un nuovo studio collaborativo di cui sono coautori i ricercatori della Rice University.

Ogni anno vengono prodotte più di 5.000 tonnellate di CNT da utilizzare nei laboratori di ricerca e nelle industrie commerciali. Grazie alle loro proprietà uniche, i CNT vengono utilizzati in diverse applicazioni come batterie, materiali da costruzione leggeri, tessuti funzionali, dispositivi indossabili e, sempre più, nella ricerca biomedica.

"Mentre ci muoviamo verso una rivoluzione dell'energia e dei materiali puliti e diversificati, il campo dei materiali avanzati necessita di un percorso scientifico chiaramente definito nella misurazione, identificazione, classificazione e reporting durante l'intero ciclo di vita del materiale, dallo sviluppo allo smaltimento, al fine di scalare completamente i CNT in tutti i settori e le industrie, avvantaggiando anche la società e l'ambiente", ha affermato Rachel Meidl, ricercatrice di energia e sostenibilità presso il Baker Institute for Public Policy della Rice e coautrice dello studio pubblicato sulla rivista Nature Reviews Materials .

Nel 2019, un'organizzazione non governativa dell'Unione Europea (UE) ha aggiunto i nanotubi di carbonio a un elenco di sostanze chimiche che ritiene "dovrebbero essere limitate o vietate nell'UE", citando le preoccupazioni derivanti da alcuni dei numerosi lavori pubblicati che hanno studiato la tossicologia e persistenza ambientale dei nanotubi di carbonio.

Gli autori del nuovo studio hanno studiato come i nanotubi di carbonio sono stati classificati chimicamente, date le loro numerose e diverse forme e i modi per elaborarli, modificarli o utilizzarli. I risultati degli studi tossicologici e ambientali variavano ampiamente, a seconda delle diverse forme di nanotubi di carbonio e del modo in cui sono stati condotti gli studi.

"Ci siamo resi conto che esistevano così tante forme diverse di nanotubi di carbonio che sembrava strano che materiali così diversi potessero essere classificati sotto un unico nome", ha affermato Daniel Heller, coautore dello studio e capo del Cancer Nanomedicine Laboratory del Memorial. Sloan Kettering Cancer Center e un alunno della Rice.

"Abbiamo anche scoperto che i rischi tossicologici e ambientali dei nanotubi di carbonio dipendono fortemente da queste differenze, proprio come le diverse forme di biossido di silicio possono causare la silicosi, una malattia polmonare, o aiutare a mantenere i denti puliti come ingrediente del dentifricio."

Gli autori suggeriscono che il volume e la prevalenza di questi materiali e il quadro sfumato e incoerente del rischio richiedono che siano classificati e definiti in modo più preciso al fine di identificare i rischi tossicologici e ambientali. Gli investigatori dovrebbero adottare metodi di classificazione, standard di misurazione e considerazione dei potenziali impatti tossicologici e ambientali più coerenti durante l'intero ciclo di vita dei materiali che contengono nanotubi di carbonio, anche quando vengono utilizzati per sostituire materiali più tossici o inquinanti, hanno affermato.

Gli autori raccomandano la costruzione di un quadro completo per classificare, caratterizzare e valutare i potenziali impatti dei CNT sulla salute, sull'ambiente e sulla sicurezza, perché avrebbe un impatto positivo sia sulla ricerca che sull'industria. E questi compiti forniranno ai politici gli strumenti basati sui dati per regolamentare selettivamente i sottoinsiemi di CNT ritenuti ad alto rischio, garantendo al tempo stesso che qualsiasi restrizione su sintesi, produzione, fabbricazione, uso, trasporto e smaltimento sia basata sulla scienza e minimamente dannosa per la salute. il campo emergente dei nanomateriali di carbonio.

Inoltre, la transizione verso un'economia circolare del carbonio significherà che i ricercatori lavoreranno per eliminare i rifiuti o utilizzare percorsi di conversione del carbonio in valore che considerino i CNT di fine uso e i prodotti basati su CNT come una risorsa.

"I nanotubi di carbonio potrebbero avere molti meno requisiti energetici e materiali, nonché minori conseguenze ambientali e sociali rispetto ad altri materiali, rendendoli ideali per la transizione energetica", ha affermato il coautore Matteo Pasquali, A.J. Hartsook Professore di ingegneria chimica e biomolecolare e direttore del Carbon Hub di Rice. "Ad esempio, rappresentano l'unica alternativa credibile al rame e all'alluminio per l'elettrificazione su larga scala e all'acciaio per le costruzioni su larga scala.

"Gli studi tossicologici condotti all'inizio hanno dato risultati contrastanti e non sono più applicabili alla nuova generazione di materiali, che vengono realizzati con un controllo molto migliore sulla struttura, sulla purezza e sulla forma macroscopica", ha continuato. "La standardizzazione delle classificazioni CNT è necessaria per separare il grano dalla pula, in modo che i politici siano in grado di ridurre al minimo i rischi per i lavoratori e i consumatori, creando allo stesso tempo certezza normativa per l'industria, i ricercatori e il pubblico in generale."

Gli autori sostengono che affrontare questo problema da una prospettiva sistemica offre opportunità per espandere l’applicazione dei materiali in carbonio nei settori industriale, commerciale e medico; sostenere una forza lavoro dinamica e qualificata; garantire lo sviluppo, l’uso e la gestione responsabile del fine vita dal laboratorio al mercato; e per aiutare il mondo a raggiungere gli obiettivi climatici globali e gli obiettivi di sostenibilità.

Ulteriori informazioni: Mijin Kim et al, Sicurezza umana e ambientale dei nanotubi di carbonio nel loro ciclo di vita, Materiali di Nature Reviews (2023). DOI:10.1038/s41578-023-00611-8

Fornito dalla Rice University