Cos'è il grafene, come si produce, a cosa serve spiegato da BeDimensional
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Nuovi materiali: il potere del grafene spiegato da BeDimensional

Vittorio Pellegrini, direttore della scale-up nata all’IIT di Genova, ci spiega perché il grafene è rivoluzionario e quali saranno le sue applicazioni future, dagli occhiali alle batterie di nuova generazione

Il grafene è un nuovo materiale fatto di un semplice strato mono-atomico di atomi di carbonio disposti a geometria esagonale, il più sottile in natura; ha proprietà di resistenza meccanica elevata, 100 volte più dell’acciaio; ha proprietà eletto-conduttive e termo-conduttive superiori a quelle del rame. Ha un rapporto tra superficie e peso molto elevato; è totalmente impermeabile, flessibile e può essere reso otticamente trasparente ed è biodegradabile.

Il grafene è l’innovazione’ di cui si occupa BeDimensional, società start-up italiana.

BeDimensional ha conquistato la ribalta delle cronache alla fine dello scorso anno quando ha annunciato un investimento da 18 milioni di euro da parte di un socio industriale, oggi la società, nata in seno all’Istituto Italiano di Tecnologia ha un programma di sviluppo e crescita ben definito, come spiega a Startupbusiness Vittorio Pellegrini che riveste il doppio ruolo di direttore dei Grafene Lab dell’IIT ed è co-fondatore di BeDimensional.

“L’idea di BeDimensional nasce in pratica quando abbiamo fondato il Grafene Lab di IIT, era il 2014, io arrivavo dal CNR e dalla Normale, oggi il laboratorio ha 38 persone che lavorano sul grafene. Poi nel 2016 insieme ad altri tre co-fondatori abbiamo creato BeDimensional con l’idea di costruire una realtà per la produzione del materiale. Nel 2018 è arrivato il primo investitore privato, una famiglia di Genova che gestisce la distribuzione dei giornali in Liguria e Sardegna, Camponovo Group che acquisisce il 51% a una valutazione di 2,5 milioni di euro quindi versa 1,275 milioni di euro, questo avviene a marzo, passano pochi mesi e a novembre 2018 arriva l’ingresso di Pellan Group di Vigevano, gruppo che da sempre si occupa di materiali e che entra con un finanziamento da 18,45 milioni di euro per il 32%, la cap table oggi vede i tre gruppi di soci: Camponovo, Pellan e noi ricercatori tutti con una quota del 32%, il valore totale di quanto abbiamo raccolto è di 19,7 milioni di euro e siamo diventati Spa”.

BeDimensional ha oggi un nutrito staff di ricercatori tra cui tre dei fondatori che hanno un accordo con IIT in base al quale possono dedicare metà del loro tempo ai laboratori e metà all’azienda per un periodo di due anni, sono stati assunti quattro nuovi ricercatori ed è stata creata la struttura manageriale con Massimo Camponovo che è il Ceo, Carlotta Costamagna presidente di Pellan che è anche presidente di BeDimensional, Emanuele Piazza direttore generale, Matteo Asso che è il responsabile marketing e comunicazione e precedentemente rivestiva il medesimo incarico presso il Genoa Calcio, “dal grifone al grafene”, ironizza Pellegrini, e poi ci sono i tecnici per la produzione, oggi in tutto BeDimensional conta 19 persone e punta ad arrivare a 35 entro il 2020.

Come detto BeDimensional nasce per produrre grafene e per farlo è già stato acquisito uno stabile nei pressi del quartiere generale di IIT a Morego in cui si installeranno anche i laboratori congiunti, la prima fase sarà completata ad aprile quando inizierà la produzione, mentre la seconda fase che porterà la produzione a 35 tonnellate l’anno sarà completata tra la fine del 2019 e l’inizio del 2020.

Le straordinarie proprietà del grafene

Vittorio Pellegrini, direttore di BeDimensional

Ma perché il grafene è così importante e perché è opportuno investire risorse finanziarie, tempo e talenti? Ecco come lo racconta lo stesso Pellegrini: “Il grafene è materiale fatto di un semplice strato monoatomico di atomi di carbonio disposti a geometria esagonale, è quindi spesso quanto un atomo e nulla in natura è altrettanto sottile; è un materiale bidimensionale quindi, è un foglio di un libro fatto di migliaia di fogli di grafite, quindi l’innovazione è l’estrazione dello strato di grafene dalla grafite, cosa che per la prima volta è stata fatta nel 2004 da ricercatori i russi che sono riusciti a estrarre il grafene usando una matita e nastro adesivo e per questo hanno vinto il Premio Nobel. Il grafene ha proprietà di resistenza meccanica elevata, 100 volte più dell’acciaio perché gli atomi sono legati tra loro da legami chimici molto forti; ha proprietà eletto-conduttive e termo-conduttive superiori a quelle del rame. Ha un rapporto tra superficie e peso molto elevato, si pensi che un foglio di grafene del peso di un grammo compre una superficie pari alla metà di un campo da calcio. È inoltre totalmente impermeabile, flessibile e può essere reso otticamente trasparente ed è biodegradabile. Insomma il grafene riunisce in sé proprietà che si trovano solo in materiali diversi. E la cosa paradossale è che la grafite ha meno proprietà del grafene, quindi in questo caso il contenuto è meglio del contenitore”.

Le applicazioni del grafene

Il grafene appare quindi come un materiale meraviglioso ma quali sono le sue applicazioni? In che modo può migliorare il mondo? È sempre Vittorio Pellegrini a dircelo: “si possono fare nuovi compositi super resistenti, leggeri e flessibili, che sono anche ignifughi, possiamo usarlo per la coibentazione termica, per superfici ad alta capacità conduttiva come per esempio per il fotovoltaico, possiamo fare batterie più efficaci e potenti, vernici, modulatori ottici per comunicazione dati, display. Le applicazioni sono moltissime e la parte difficile è la produzione del materiale in grande quantità”.  Ed è questa la sfida di BeDimensional che ha messo a punto un sistema brevettato e innovativo per la produzione di grafene.

“Sta avvenendo un po’ ciò che è accaduto con l’alluminio – spiega Pellegrini – la parte di produzione è fondamentale ma non è sufficiente perché le aziende non saprebbero come usarlo. Quindi noi dobbiamo sia produrre materiale meglio di tutti, sia sviluppare soluzioni applicative seguendo richieste specifiche, non vendiamo grafene ma prodotti che integrano il grafene per chi li richiede, lo faremo on demand e sceglieremo i filoni più promettenti che sono quelli suggeriti anche dalla richiesta: rivestimenti funzionali coating per proteggere da agenti esterni e calore, compositi miscelando grafene con altri prodotti tipo plastiche e fibre per la produzione per esempio di occhiali, pezzi di automobile, mentre vediamo l’applicazione in campo energetico più a lungo termine. La prima applicazione sarà il rivestimento per un filato per renderlo elettricamente conduttivo, faremo una resina apposita e poi nastri adesivi termicamente conduttivi e copertine di libri che siano resistenti all’usura”.

 

I costi del grafene

Ma quanto costa il grafene? “Per dare una risposta corretta – dice Pellegrini – occorre premettere che BeDimensional è in grado di modulare le caratteristiche dei fogli di grafene prodotti, quindi di produrre grafene di diversa qualità:  possiamo infatti ottenere foglietti di grafene composti da circa 8 strati atomici sino a una tipologia più raffinata con fogli composti da tre strati atomici. Spingendo il processo di purificazione possiamo arrivare a produrre grafene puro composto da un singolo strato atomico e questo ha un grosso impatto sul costo, che varia da circa 3.500 euro al chilogrammo a oltre 11mila. Quando produrremmo 3,5 tonnellate, ovvero quando l’impianto più grande che richiede un investimento di circa 6 milioni di euro sarà pronto a inizio 2020, riteniamo che il prezzo possa progressivamente ridursi significatamente.Va sottolineato che noi non venderemo il grafene, ma prodotti basati sul grafene, e che mediamente la quantità necessaria necessaria è molto piccola, per esempio serve un solo grammo di grafene per un paio di occhiali da 100 grammi di peso complessivo per avere un prodotto del tutto nuovo”.

Grafene e cristalli bidimensionali

Il grafene è solo il primo di una nuova categoria di cristalli bidimensionali che dopo la scoperta del grafene hanno visto crescere in modo significativo l’interesse, se ne conoscono più di 2500 come per esempio il nitruro di boro che è ottimo isolante elettronico e ognuno di questi può essere tradotto nella sua manifestazione bidimensionale grazie al processo messo a punto da BeDimensional.

“E’ una rivoluzione pari a quella della plastica da un punto di vista scientifico – enfatizza Pellegrini – e ora lo deve diventare anche a livello industriale. Il nostro processo produttivo è adatto per produrre qualsiasi dei cristalli bidimensionali. A oggi abbiamo revenue da contratti da 3-400mila euro e una aspettativa per il 2019 di produzione con l’impianto piccolo pari a 200 mila euro, nel 2019 pensiamo di raggiungere a 0,8 milioni di euro totali e di arrivare a break-even nel 2021”.

Le potenzialità del grafene per batterie innovative

Una delle sfide per il grafene e la sua industrializzazione è anche quella di accrescere durata ed efficienza delle batterie che sono un elemento sempre più critico in molti settori: “è un campo che richiede più tempo per essere sviluppato ma l’accoppiata grafene più silicio promette molto bene per accrescere le potenzialità delle batterie a ioni di litio. Stiamo già lavorando a progetti con aziende come Varta e Bmw per la realizzazione di una batteria silicio-grafene ma i tempi per arrivare sul mercato non sono immediati, ci vorranno almeno 3,4 anni. Ciò che dobbiamo dare è sostituire la grafite che viene usata oggi con il silicio-grafene ottenendo una efficienza maggiorata tra il 30 e il 200%, riducendo il peso delle batterie, ovvero avendo batterie che a parità di peso sono molto più efficienti. Il silicio è un eccellente accumulatore ma tende a gonfiarsi e quindi non può essere usato, il grafene consente di mitigare fortemente questa espansione e quindi con questa tecnologia potremmo sostituire la grafite e avere batterie migliori che si caricheranno anche più in fretta, è stato calcolato che oggi la batteria di una Tesla impiega 50 minuti per arrivare al 70% di carica, con le batterie silicio-grafene per ottenere il medesimo risultato saranno sufficienti 6, 10 minuti. Tra gli altri progetti in cantiere ci sono iniziative con Airbus per rivestimenti antifiamma e per sostituire parti del timone dell’A350 che saranno realizzati con il grafene, abbiamo progetti per alleggerire il peso complessivo degli aerei, per esempio possiamo togliere quasi 300 chili dalle ali usando il grafene invece del rame per i sistemi antifulmine, con Lufthansa Teknik c’è un progetto anche peri filtri dell’aria nelle cabine e stiamo anche provando a usare il grafene come desalinatore. Come detto il grafene essendo fatto di atomi di carbonio, come è il nostro corpo, è, oltre che biodegradabile anche biocompatibile e quindi anche qui possiamo pensare ad applicazioni di varia natura, tutto ciò che serve è mettere a punto il prodotto e ottenere poi le varie certificazioni”.

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Pubblicato il:

24 gennaio 2019


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