Il grafene, il “materiale miracoloso”, prometteva di rivoluzionare il mondo e cambiare per sempre le nostre vite, ma dopo più di vent’anni dalla sua scoperta c’è chi inizia a chiedersi: che fine ha fatto?
Circa quindici anni fa, nella sala d’attesa del dentista, lessi su una rivista scientifica di un nuovo materiale, uno come non se ne erano mai sentiti prima: estremamente flessibile ma più resistente dell’acciaio, conduceva l’elettricità e il calore meglio dei metalli, mostrava fenomeni quantistici rari (nello specifico i suoi elettroni si comportavano come fossero stati privi di massa). E la lista potrebbe continuare a lungo. Il materiale si chiamava grafene e fu scoperto nel 2004 (a voler essere precisi, la sua esistenza teorica era già nota da decenni, nel 2004 fu solo isolato per la prima volta), ma la sua fama esplose nel 2010, quando i suoi scopritori vinsero il premio Nobel per la fisica.
Al tempo, il grafene finì sui giornali e i programmi televisivi di tutto il mondo, perché le sue proprietà straordinarie sembravano promettere una rivoluzione epocale: si credeva che sarebbe stato usato nei computer quantistici, negli schermi di cellulari pieghevoli indossabili sul polso come gli orologi e per rendere più veloci i circuiti elettronici (si parlava di una «nuova generazione di elettronica»). Chi si lasciò trascinare un po’ troppo arrivò a pensare che il grafene sarebbe stato usato per costruire un ascensore spaziale, il mantello dell’invisibilità e armature antiproiettile; ma altre applicazioni più originali prevedevano di eliminare per sempre la ruggine, o di creare vestiti anti-zanzara e preservativi migliori di quelli già esistenti. I più estremi lo paragonarono persino al vibranio, il metallo indistruttibile – oltre che immaginario – di cui è fatto lo scudo di Captain America, ma l’entusiasmo contagiò anche alcuni enti governativi: nei siti ufficiali dell’Unione Europea si parlava del grafene come di un materiale «destinato a diventare tanto importante per la nostra società quanto l'acciaio o la plastica».
Ancora oggi se si cerca in Internet miracle material (“materiale miracoloso”) quasi tutti i risultati riguardano il grafene; ma dopo più di vent’anni dalla sua scoperta sono poche le promesse che sembrano essere state mantenute: nessuno di noi va in giro con il cellulare a mo’ di orologio e sicuramente non esiste nessun ascensore spaziale – né sono stati avviati cantieri per costruirlo. Allo stesso tempo, il grafene sembra essere sparito dai media generalisti e quando se ne discute è principalmente in riviste specialistiche. Per questo recentemente c’è chi ha iniziato a parlare di disillusione o, addirittura, della fine di una corsa all’oro; ma già durante l’apice dell’entusiasmo collettivo c’era chi storceva il naso. Nel 2013 la BBC scriveva di un professore secondo cui gli investimenti sul grafene erano «uno spreco di soldi», in quanto lo riteneva «una tecnologia troppo limitata – interessante, ma non rivoluzionaria». Il timore era ciò che la BBC ha definito “sindrome del Concorde”: investire moltissimi soldi pubblici in un progetto che, come l’aereo supersonico, è più affascinante che realmente utile.
Solo promesse disattese?
Anche se adesso se ne parla un po’ meno e alcuni sono scettici sulla sua utilità, il grafene ha davvero le proprietà straordinarie elencate prima, che sono dovute a una caratteristica che lo distingue da qualsiasi altro materiale noto prima di lui: è spesso un solo atomo. Chimicamente parlando, è composto solamente da atomi di carbonio, esattamente come il diamante; la differenza è che nel diamante gli atomi si dispongono in una struttura tridimensionale formata da tetraedri (piramidi a base triangolare), mentre nel grafene creano un foglio piatto a esagoni simile a un alveare. Questa caratteristica è la sua forza e l’origine del suo successo, ma è anche ciò che gli ha impedito di conquistare il mondo – per il momento.
Come spiega Camilla Coletti, senior scientist dell’Istituto Italiano di Tecnologia, il grafene promette ancora molto in campi come l’elettronica, la fotonica e le telecomunicazioni, «dove le sue proprietà ottiche ed elettroniche possono essere sfruttate in modo efficace». Questi però sono campi dove i materiali devono avere livelli di qualità che ancora non siamo in grado di raggiungere con il grafene. «Per fare un paragone», scrive, «nell’elettronica tradizionale basata sul silicio eventuali imperfezioni superficiali possono avere un impatto relativamente limitato. Nel caso del grafene, invece, il singolo strato atomico è tutto il materiale disponibile: qualsiasi difetto o processo di integrazione – per esempio la deposizione di uno strato isolante – può influenzarne in modo significativo le proprietà». Ovviamente serve ancora tempo per superare queste limitazioni tecnologie, ma nient’altro: il grafene non ha ancora disatteso le sue promesse. A riprova di ciò, Coletti spiega che il grafene si può già trovare sul mercato in prodotti in cui non è richiesta un’altissima perfezione del materiale: si trova facilmente negli additivi per materiali compositi (come la plastica) e in alcuni inchiostri (non come quelli della stampante di casa: sono inchiostri che conducono l’elettricità usati per stampare componenti elettronici flessibili).
Di parere simile è anche Andrea Ferrari, professore di nanotecnologia all’Università di Cambridge, che spiega come il grafene sia utilizzato da anni per le applicazioni più semplici (i cosiddetti low-hanging fruits, ovvero i “frutti dei rami più bassi”). Per esempio, la Head, un’azienda di articoli sportivi, lo usa dal 2013 per migliorare le proprietà meccaniche di sci e racchette da tennis, in cui la presenza del grafene è indicata con una “G” disegnata sopra. Ferrari spiega però che pian piano si sta diffondendo anche in quei settori dove è richiesta una qualità più alta del materiale (cioè dove si pensa che sarà particolarmente utile): la BYD lo usa nelle batterie delle sue automobili e la Huawei per il raffreddamento dei cellulari.
«È usato in un sacco di posti», afferma Ferrari, «ma non necessariamente viene pubblicizzato: tu il prodotto non lo vendi perché c’è dentro il grafene, ma perché funziona. Quindi in realtà è un buon segno quando esci dall’hype [N.d.A. entusiasmo iniziale] ed entri nell’aspetto applicativo». Inoltre, bisogna tener presente che «Il mercato del materiale di per sé non è che sia così grande: se noi prendiamo qualche chilo di grafene possiamo fare tutti gli schermi di tutti i computer del mondo, perché è spesso un solo atomo e quindi non pesa niente. Il mercato è nel prodotto, nel senso che si inserisce il grafene in un certo prodotto e se ne aumentano le prestazioni. Pensiamo a tutte le automobili BYD: il grafene ha un costo insignificante rispetto a quello dell’automobile, ma se lo togli le batterie non funzionano nello stesso modo».
Quindi, a quando l’ascensore per lo spazio?
Come è spiegato in un articolo di Nature di cui è coautore Ferrari, «Servono anni affinché le innovazioni scientifiche diventino attività commerciali». Per esempio, tra la scoperta del silicio e l’invenzione del chip al silicio (che fa funzionare tutti i cellulari, televisori e computer che abbiamo in casa) passarono 124 anni: per questo non ha senso essere delusi per le promesse che non sembrano essere state mantenute. Si potrebbe pensare che, dopo più di due decenni dalla scoperta del grafene, di concreto abbiamo solo racchette da tennis e batterie per automobili, ma in realtà «Il grafene è perfettamente in orario. Stiamo entrando in questo momento in quei vent’anni che vedranno un enorme sviluppo delle applicazioni basate sul grafene», come spiega Ferrari.
Il grafene ha perso un po’ di interesse popolare, ma la stessa cosa non è mai accaduta nel mondo accademico. Ogni anno vengono pubblicati ancora migliaia di articoli scientifici in cui, per citare solo due esempi tra i tanti possibili, se ne studiano le possibili applicazioni nell’intelligenza artificiale e nella desalinizzazione dell’acqua (che diventerà sempre più importante a causa del riscaldamento globale). E soprattutto, il grafene muove milioni di euro di investimenti: proprio in questi giorni l’Unione Europea ha approvato un investimento italiano di 211 milioni di euro, mentre due anni fa la Germania vi ha investito 229 milioni. Se ciò non bastasse, come specifica anche Coletti, la scoperta del grafene non è arrivata da sola, ma oggi esistono moltissimi altri materiali bidimensionali (così vengono chiamati i materiali spessi un solo atomo, come il grafene) che possono anche essere impilati l’uno sull’altro come mattoncini LEGO, in infinite combinazioni possibili.
L’ascensore spaziale in grafene potrebbe non arrivare mai, né tantomeno il mantello dell’invisibilità, e potrebbe servire ancora qualche anno per i cellulari indossabili, ma questo dice poco sull’utilità del grafene – che è reale – e molto di più sul nostro entusiasmo da fuoco di paglia, che brucia intensamente e si spegne prima che una scoperta possa mostrare le sue vere potenzialità.
