Smart City

Se c’è un grande laboratorio scientifico che tutti conoscono, questo è il CERN: il più grande acceleratore di particelle del mondo, un anello di 27 Km vicino Ginevra, al cui interno fasci di protoni vengono accelerati fin quasi alla velocità della luce e fatti scontrare. In effetti, seppure si tratti di infrastrutture pressoché uniche, di acceleratori di particelle in giro per il mondo ce ne sono parecchi. E come altre infrastrutture di ricerca hanno i propri fornitori in industrie altamente specializzate: si va dall’edilizia ai cavi superconduttori, dalle tecnologie del vuoto all’elettronica di potenza. E molte di queste sono Italiane. Basti pensare che, nel caso del CERN, le imprese italiane si aggiudicano bandi per circa una volta e mezzo il valore dell’assegno staccato dal BelPaese al grande acceleratore. Ne parliamo con Mauro Morandin, ricercatore di Fisica delle Particelle e Industrial Liason Officier del CERN.

Quali sono le aziende più performanti nell’aggiudicarsi le commesse del più grande progetto di ricerca sulla fusione nucleare? Tra le infrastrutture di ricerca, le facility dedicate alla ricerca sulla fusione nucleare - il Santo Graal dell’energia - sono tra le più complesse e sfidanti dal punto di vista tecnologico. In queste macchine, per esempio, un gas di idrogeno ionizzato, a oltre 100 milioni di gradi di temperatura, viene mantenuto a pochi centimetri di distanza da potentissimi magneti, che per funzionare hanno bisogno di essere raffreddati fino al oltre 270 gradi sotto zero. Attualmente, vari tokamak (questo il nome dei tipici reattori a fusione a forma di ciambella) sono in costruzione in diverse parti del mondo, grazie a componenti realizzati da industrie altamente specializzate. E’ un settore in cui l’Italia ha oggettivamente un primato. Ce lo racconta Leonardo Biagioni, Responsabile dei Progetti dell’agenzia Europea per la fusione Fusion4Energy.

Dimentichiamoci il microscopio da tavolo con cui a scuola abbiamo imparato a osservare le cellule, colorate con il blu di metilene. Per indagare l’infinitamente piccolo, oggi ci si affida a macchine enormi e altamente sofisticate; microscopi - se così vogliamo chiamarli - lunghi centinaia di metri e finanche chilometri. Infatti, se per vedere le cellule basta illuminarle con la luce di una lampadina, per visualizzare dettagli su scala atomica serve una luce del tutto diversa: più intensa, collimata e coerente, ma soprattutto con una lunghezza d’onda molto più piccola. Serve, in pratica, un laser a raggi X: macchina complicatissima da realizzare, che richiede meccanica di assoluta precisione, materiali superconduttori, tecnologie criogeniche e sensori ultra sofisticati. Tutto questo, per rivelare i dettagli atomici di virus e proteine, scattare immagini tridimensionali del mondo nanoscopico e perfino filmare in tempo reale la reazione chimica tra due molecole. Ce lo racconta Antonio Bonucci, Responsabile Industrial Liaison Office and In-kind Contributions dello European XFEL.

Esiste un’industria della ricerca scientifica. Aziende che vivono, in tutto o in parte, di commesse che arrivano dal mondo delle grandi infrastrutture di ricerca: acceleratori di particelle, reattori a fusione, laser a raggi X, sonde spaziali e telescopi. Un settore che, spazio escluso, cuba circa 10 miliardi all’anno di commesse a livello europeo. Oggi diamo il via a un viaggio alla scoperta di questo mondo, a cui dedichiamo, per cominciare, questa settimana di programmazione. Iniziamo dal settore dei grandi telescopi, il più classico degli strumenti scientifici. Attualmente sono in costruzione il più grande telescopio ottico e il più grande telescopio a luce Cherenkov del mondo, nonché il più grande radiotelescopio. Si tratta di macchine straordinarie, che richiedono industrie specializzate nella meccanica di precisione, nell’ottica, nel settore delle antenne, dei sensori e dei rivelatori. Ne parliamo con Corrado Perna, Responsabile Politiche e Relazioni Istituzionali e Industriali dell’INAF, l’Istituto Nazionale di Astrofisica.

Il metanolo è un alcol utilizzato largamente dal settore chimico e ha un vasto potenziale nel settore dei trasporti, dove potrebbe aiutare a decarbonizzare soprattutto i trasporti pesanti, che oggi non trovano nell’elettrificazione soluzioni applicabili su larga scala. C’è però un problema: oggi gran parte del metanolo viene prodotto da combustibili fossili, perché i processi di conversione della biomassa in metanolo sono inefficienti e la maggior parte del carbonio viene rilasciato in atmosfera sotto forma di CO2. Il progetto Horizon Europe BeBOP metterà alla prova un processo completamente nuovo, che promette di raddoppiare l’efficienza, portando a un recupero del carbonio bio-genico superiore al 95%. Ne parliamo con Matteo Romano, professore di Sistemi per l’energia e l’ambiente del Politecnico di Milano.

Nei residui di vecchie attività minerarie si celano spesso riserve di elementi che a quel tempo non presentavano alcun interesse particolare, mentre oggi sono strategici: terre rare e metalli come il litio, il nichel, la manganese o il tungsteno. Svuotare discariche minerarie potrebbe rivelarsi un’idea vincente, per ridurre la dipendenza dell’Europa nel campo delle materie prime, permettendo di rinaturalizzare siti che l’abbandono delle scorie delle passate attività estrattive ha compromesso.

Tuttavia, ad oggi il potenziale minerario di questi siti è incerto: servono prospezioni, analisi e ricerche accurate per identificare le situazioni più promettenti. A questo cercherà di porre rimedio il progetto CRITERIA, finanziato dal programma europeo Marie Sklodovska-Curie, di cui parliamo con Salvatore Straface, professore di Idraulica dell’Università della Calabria.

Più piccolo è il territorio su cui si tenta di prevedere un evento alluvionale, più piccolo è il corso d’acqua interessato e più difficili sono le previsioni. È la condanna del meteorologo: per rendere più precise simulazioni numeriche su cui queste previsioni si basano, bisogna aumentare il livello di dettaglio. Ma questo fa aumentare enormemente la potenza di calcolo necessaria, col risultato che oltre un certo limite non è possibile andare. I ricercatori dell’Università di Pisa e del Consorzio di Bonifica Toscana Nord hanno pensato di cambiare approccio e di rivolgersi a un sistema di intelligenza artificiale, che non simula praticamente nulla, ma è bravissimo ad apprendere dall’esperienza e dai dati. E i risultati, pubblicati su Scientific Reports, sono incoraggianti. Ne parliamo con Ismaele Ridolfi, Presidente Consorzio di Bonifica Toscana Nord.

È possibile rendere la carta idrorepellente? Oggi, quando un imballaggio deve contenere qualcosa di umido, si ricorre o alle plastiche o a materiali multi-strato come quelli del cartone del latte. Una carta intrinsecamente idrofobica, impermeabile senza bisogno dell’aggiunta di altri strati di materiale o di additivi che rendano impossibile il riciclo, rappresenterebbe una grande novità. Un gruppo di ricercatori del Politecnico di Milano ha appunto scoperto che è possibile ottenere carta idrofobica con l’aggiunta di nano-cellulosa e un pizzico di mini-proteine. Che sia la volta buona? Lo scopriamo con Elisa Marelli, dottoranda del Politecnico di Milano, co-prima autrice dell’articolo.

E se la strata per arrivare a produrre acciaio senza emissioni passasse non solo per l’idrogeno, ma per il carbonio giusto? Un bio-carbonio, neutro dal punto di vista climatico, con cui puntare a defossilizzare l’acciaio, più che a decarbonizzarlo. L’idea circola da un po’ di tempo e dopotutto i primi acciai si producevano col carbone da legna. Ma un conto è enunciare un principio, un altro è mettere a punto i necessari processi industriali. E qui veniamo alla notizia di oggi, un processo ideato all’interno del progetto H2Steel, finanziato dal programma Horizon dell’UE, che mira a sostituire carbon coke e gas naturale, cioè le tipiche materie prime fossili utilizzate nel processo primario di produzione dell’acciaio con biomasse di scarto quali i fanghi di depurazione e biogas da residui agricoli. Ce ne parla David Chiaramonti professore di Sistemi energetici per l’ambiente e di Economia dell’energia al Politecnico di Torino.

La stazione spaziale internazionale ospita da alcuni giorni un prototipo di micro-satellite unico nel suo genere: è di plastica, è stampato in 3D e ospita tutti i collegamenti elettrici necessari al suo funzionamento; un po’ come avviene nelle normali schede elettroniche.
Il prototipo è stato messo a punto all’interno del progetto RISE (Resilient Integrated Structural Elements) dell’Università degli Studi di Trieste e dell’azienda PICOSATS, con il contributo dell’ASI, il cui obiettivo è porre le basi per una nuova generazione di micro satelliti modulari e assemblabili, più economici e più facili da produrre. Ne parliamo con Stefano Seriani, ricercatore dell'Università di Trieste.