GREEN 2nd Local Training Session. Le nanotecnologie e la tutela ambientale

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1 GReening business through the Enterprise Europe Network GREEN 2nd Local Training Session Unioncamere del Veneto - Eurosportello del Veneto 26 aprile 2011 Le nanotecnologie e la tutela ambientale Dott. Francesco CHISSO European Commission Enterprise and Industry

2 GReening business through the Enterprise Europe Network Argomenti della presentazione: trattamento aria trattamento acque catalizzatori nanosensori isolamento termico packaging fotovoltaico beni culturali energia

3 TRATTAMENTO ARIA Filtri attivi per condizionatori Sistemi con TiO 2 anatasio nanoparticellare fotocatalitico La sua caratteristica principale è costituita dall attività fotocatalitica stimolata dalla luce solare o da lampade. Le nanoparticelle emettono cariche elettronegative sulla superficie delle sue particelle quando queste sono stimolate dai raggi UV o luce diretta. L elettronegatività di superficie promuove l ossidazione (fotocatalisi) delle sostanze organiche, e non, che si trovano in prossimità della superficie. Coassorbe lo sporco dopo la ossidoriduzione superficiale, depurando l aria circostante. Tale azione rimane perennemente attiva.

4 TRATTAMENTO ARIA Cemento anti-smog TX Active è un principio attivo fotocatalitico per prodotti cementizi in grado di abbattere gli inquinanti organici e inorganici presenti nell aria, la cui efficacia è stata a lungo testata e quindi certificata da importanti centri di ricerca indipendenti (CNR, ARPA, Centro Ricerche di Ispra). In una grande città come Milano, i ricercatori hanno calcolato che - sulla base delle evidenze sperimentali - rivestire con prodotti contenenti TX Active il 15% delle superfici urbane a vista consentirebbe di ridurre l inquinamento di circa il 50%. DIVES MISERICORDIA di Richard Meier

5 TRATTAMENTO ACQUA RECAM (REactive CArbon Material) e un nuovo nanostrutturato cristallino ed altamente reattivo caratterizzato da piani grafenici che assumono all interno del materiale una particolare struttura e conformazione conferendo al materiale proprieta uniche in termini di capacita di rimozione dei contaminanti e proprieta energetiche. Rimuove contaminanti organici portandoli alla completa mineralizzazione

6 CATALIZZATORI Catalizzatori per auto Mazda Motor Corporation ha sviluppato la prima marmitta catalitica per autovetture impiegando nanotecnologie, creando una struttura di materiali catalitici che riduce sostanzialmente la quantità dei metalli preziosi che vengono utilizzati come ad esempio il platino e il palladio. Il nuovo sviluppo permetterà Mazda di ridurre la quantità di questi materiali dal 70 al 90 per cento, senza modificare le prestazioni per quanto riguarda il trattamento dei gas di scarico né la durata rispetto le marmitte catalitiche convenzionali. La single nanotecnologia è la tecnologia in grado di controllare particelle ancora più piccole della nanotecnologia.

7 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale Monitoraggio in situ di inquinanti inorganici come i metalli pesanti da eseguirsi in continuo o ad intervalli discreti con successiva trasmissione del dato mediante rete informatica in tempo reale. Il nanosensore sviluppato presso i laboratori Nanofab, permette di effettuare delle analiisi elettrochimiche in situ con un limite di rilevazione simile a quello utilizzato con apparecchiatura in laboratorio. Strutture d oro generate all interno dei nanopori

8 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale Sensore elettrochimico nanostrutturato per la determinazione di Arsenico nelle acque Metodi tradizionali di analisi: Campionamento Analisi di laboratorio ICP-OES ICP-MS 0.2 ppb < DL < 2 ppb Sensore nanostrutturato: Non necessita campionamento Analisi in situ, ad es. ASV, AS-DPV (Differential Pulse Voltammetry) Obiettivo DL < 1 ppb standard di qualità del DM 367/03 5 ppb (2008); 2 ppb (2015)

9 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale Migliorato rapporto signal/background Semplicità e rapidità di utilizzo Adatti per applicazioni in situ Economici Dispositivo usa e getta Immagine del primo elettrodo sperimentale NNE NanoFAB - CIVEN

10 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale La tecnologia del DNA microarray L applicazione della tecnologia microarray alla diagnostica microbica rientra in un settore dinamico e di particolare interesse, tuttora in corso di sviluppo: i microarrays sviluppati per applicazoni microbiologiche, noti in letteratura con il nome di MDMs - Microbial diagnostic microarrays. Presso i laboratori ECSIN e NANOFAB di Veneto Nanotech sono in corso progetti di ricerca per la realizzazione e messa a punto di una piattaforma microarray adatta ad analisi microbiologiche di campioni per il monitoraggio ambientale.

11 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale La piattaforma microarray creata mostra un elevato grado di specificità nelle reazioni di ibridazione effettuate e la sensibilità della piattaforma è in linea con i dati di letteratura (dell ordine di 10 4 copie genomiche utilizzando FRAMMENTO KLENOW della DNA Pol I di E.coli). La piattaforma microarray creata è quindi idonea per l identificazione, anche contemporanea, di diverse specie di patogeni: negli esperimenti effettuati sono infatti stati identificati sia BATTERI che VIRUS. Anche per PARASSITI sono presenti specifiche sonde nella piattaforma, qualora fossero disponibili all analisi tali campioni. I risultati di ibridazione sono stati validati tramite PCR e CURVE DI MELTING. Nel complesso, i risultati ottenuti dimostrano le notevoli potenzialità della piattaforma microarray creata per il MONITORAGGIO AMBIENTALE.

12 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale Obiettivo delle ricerche è lo studio della contaminazione biologica dei liquami ed aerosol di impianti di depurazione utilizzando metodologie molecolari classiche e standardizzate, quali PCR e Real Time PCR, accanto ad un altro metodo altamente innovativo rappresentato dai microarray a DNA, che consentano di analizzare contemporaneamente una serie di generi, specie, ceppi microbici, in termini sia qualitativi che quantitativi.

13 NANOSENSORI Monitoraggio ambientale Incremento della sensibilita` mediante l uso l di nanoparticelle luminescenti di silice come marcatori per DNA microarray 9pM Concentrazione di DNA marcato 0.9 nm Fluorescence (arb. units) Experimental Fitted 2 x Background line y = 88 Background line y = 44 Limite di rilevabilità: nanoparticelle luminescenti Detection limit ~ 20 pm 1E-12 1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 Labeled DNA concentration

14 ISOLAMENTO TERMICO Nanogel Con le nanotecnologie è possibile realizzare sistemi di pannelli in policarbonato lucernario trasparente riempito con aerogel. I pannelli sono resistenti e di risparmio energetico impatto, multi-parete di fogli di vetro che caratterizzano un trattamento di superficie di proprietà che forniscono quasi totale resistenza agli effetti degradanti della luce UV. La combinazione di nanogel e policarbonato permette ad un duplice aumento quasi in modo significativo le prestazioni termiche, senza compromettere la trasmissione della luce e crea il primo pannello in policarbonato resistente alla condensa. Questo a sua volta permette la flessibilità sia orizzontale e verticale parete allineamento aggiungendo alla libertà di progettazione generale.

15 PACKAGING Nanofilm barriera Nanofilm barriera per packaging alimentare riciclabile, è possibile raggiungere con un monomateriale le stesse caratteristiche di film compositi

16 BENI CULTURALI Restauro e conservazione Trattamenti al plasma di pulizia NANOCALCE l uso della nanocalce consente di ovviare ad una serie di inconvenienti tipici dei trattamenti a base di calce convenzionali appena citati, quali l incompletezza del processo di carbonatazione, la scarsa profondità di penetrazione raggiungibile, l eccessivo quantitativo di acqua apportato alle pietre e l alterazione cromatica delle superfici.

17 FOTOVOLTAICO Processi di produzione roll-to-roll Il rivoluzionario pannello fotovoltaico della NanoSolar deve il suo bassisimo costo all adozione di celle basate su una miscela di elementi chimici detta CIGS (C = rame, I = indio, G = gallio, S = selenio) che garantiscono un rendimento del tutto paragonabile a quello delle celle al silicio, ma a costi molto inferiori, talmente inferiori che la NanoSolar ha introdotto i suoi nuovi pannelli sul mercato americano a 99 centesimi di dollaro/watt. Un altra innovazione dei pannelli NanoSolar è il sistema di produzione delle celle, la miscela CIGS viene infatti stampata sotto forma di inchiostro su un materiale flessibile.

18 ENERGIA Sistema di stoccaggio di energia Grazie alle nanotecnologie, si potrebbe riaprire alla grande la partita dei veicoli elettrici. Protagoniste due imprese, l'altair Nanotechnologies e la Phoenix Motorcars. L'oggetto del desiderio sarà un tanto vituperato (dagli ecologisti) Suv, un quattro ruote piuttosto pesante, anche con pianale di carico, adatto più alle flotte aziendali e a compiti di servizio che alle spensierate gite da fuoristrada. Però sarà un Suv, secondo gli annunci delle due aziende, del tutto rivoluzionario. Completamente elettrico, quindi con costi di manutenzione ridotti di un ordine di grandezza sui suoi simili a benzina, avrà un'autonomia di 160 chilometri con velocità massima di 150 chilometri orari. Non solo: si ricaricherà, nelle stazioni di servizio, in soli dieci minuti (su prese industriali da 480 volts), mentre con la spina di casa ci vorranno 5-10 ore.

19 ENERGIA Sistema di stoccaggio di energia Evonik s flexible ceramic membrane SEPARION, is an outstanding example of an innovation that would not have been possible without nanotechnology. This product improves the safety, performance and lifetime of large-scale lithium-ion batteries. At the end of 2008 Evonik and Daimler set up a strategic alliance to drive forward the development and production of lithium-ion battery cells and systems for the automotive industry.

20 ENERGIA MAS nuovo sistema tetto Costruzione di un edificio pilota con Pannelli Modulari in Materiale Composito che sarà il primo esempio di sfuttamento dell energia rinnovabile solare, per avere un bilancio energetico positivo con costi comparati con le attuali migliori tecnologie di costruzione, Integrazione delle tecnologie di sfruttamento dell Energia Solare Termica e Fotovoltaica.

21 Grazie per l attenzione! Veneto Nanotech S.c.p.A. NANOFAB Laboratory Torre Hammon Via delle Industrie, Marghera Venezia - Italy Dott. Francesco Chisso Technology Transfer

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