NANOTECNOLOGIE NEL 21^ SECOLO
NANOCAP (Nanotechnologies Capacity Building) è un consorzio di 5 associazioni ambientaliste, 5 sindacati e 5 università provenienti da
varie parti d’Europa. Il Progetto, finanziato dall’Unione Europea
con il Sesto Programma Quadro Scienza e Società, pone l’obiettivo di
approfondire la comprensione dei rischi ambientali, della sicurezza
e salute dei lavoratori e degli aspetti etici delle nanotecnologie,
tramite la pianificazione di un dibattito “mirato” tra associazioni,
istituti di ricerca e altri portatori d’interesse. Il progetto è stato avviato nel settembre del 2006 e si concluderà a settembre 2009.
L’Ufficio Europeo dell’Ambiente (EEB) è una federazione di oltre 150
associazioni ambientaliste provenienti dai paesi dell’Unione Europea. Queste organizzazioni operano sia in ambito nazionale che internazionale. Il nostro ufficio di Brussels è stato costituito nel 1974
per fornire informazioni indispensabili ai nostri membri affinche
siano in grado di monitorare e partecipare all’implementazione delle
politiche ambientali in Europa, verificandone l’efficacia.
L’EEB si pone l’obiettivo di proteggere e migliorare la qualità
dell’ambiente influenzando le politiche dell’Unione Europea, promuovendo lo sviluppo sostenibile e assicurando ai cittadini europei una
partecipazione diretta al dibattito pubblico e il corretto della
giustizia ambientale.
Legambiente, nata nel 1980, è oggi l’associazione ambientalista italiana più diffusa sul territorio. Difende la qualità delle risorse
naturali come l’acqua dei fiumi e dei laghi e l’aria dei centri urbani. Sostiene le buone pratiche nella gestione dei rifiuti a favore
del riciclo, del riutilizzo e della riduzione e una politica di disimballaggio. Promuove il risparmio energetico e le fonti rinnovabili
per la riduzione dei gas serra e dei combustibili fossili e affronta
le nuove problematiche delle nanotecnologie e degli OGM. Promuove una
politica di riduzione del trasporto su gomma a favore del trasporto
pubblico per ridurre l’inquinamento dell’aria e il congestionamento
del traffico. Sostiene il turismo ambientale e organizza campi di
volontariato nazionali ed internazionali.
Printed on 100% recycled Cyclus Offset paper with soy based inks
Design and production by FGD
SFIDE E OPPORTUNITA’ DELLE
NANOTECNOLOGIE VERDI
Fascicolo n. 1 – Aprile 2009
Indice
• Introduzione
3
• Sfide e opportunità delle nanotecnologie verdi
6
• Acqua sicura per tutti
8
• Tecnologie efficienti per le energie rinnovabili
12
• Inquinamento e gestione dei rifiuti
16
• Le
EEB ringrazia la Commissione Europea per il contributo finanziario alla realizzazione
di questa serie di opuscoli.
nanotecnologie
per
una
produzione
e
un
consumo
18
sostenibili
Testi realizzati da: Dr. Rye Senjen
• Conclusioni: Il futuro delle nanotecnologie verdi
20
Responsabile editoriale: John Hontelez, Segretario Generale EEB
• Bibliografia
21
Traduzione italiana a cura di: Lidia Crivellaro, Legambiente Lombardia Onus,
[email protected]
Per maggiori informazioni contattare Dragomira Raeva, Referente settore Nanotecnologie EEB, [email protected]
Immagini a pagina 7,10,14,17 scaricabili dal sito www.energypicturesonline.com
1
Introduzione
Nanotecnologie per l’ambiente: opportunità e rischi
Le Nanotecnologie riguardano la manipolazione della
materia a scala atomica. I materiali prodotti attraverso queste applicazioni vengono già utilizzati (o stanno
per essere distribuiti) in molti settori della vita quotidiana come cosmesi, tessile, attrezzature sportive,
vernici, packaging, alimentazione,ecc. Molti ricercatori ritengono che le nanotecnologie potranno fornire
un prezioso contributo allo sviluppo sostenibile, promettendo notevoli benefici in diversi campi applicativi. Ma siamo sicuri che le nanotecnologie avranno
davvero questi effetti positivi rivoluzionari? Siamo
certi che non provochino effetti opposti come una
maggiore tossicità dei materiali, l’incremento della
produzione e del consumo di materiali e un minor
controllo sul modo di vivere la nostra vita?
In questo contesto di incertezza, è essenziale per le
associazioni ambientaliste migliorare la conoscenza di tutte le caratteristiche e i risvolti connessi a
queste tecnologie emergenti, soprattutto per quel
che concerne le cosiddette nanotecnologie verdi. Si
tratta di applicazioni basate su processi ”nano” che
potrebbero favorire lo sviluppo delle energie rinnovabili, della depurazione delle acque e della sostituzione chimica, fornendo nuovi spunti all’interno del
dibattito internazionale e governativo. E’ necessario
rafforzare il coinvolgimento ambientalista per costruire una governance delle nanotecnologie e dei prodotti di consumo derivanti, e diventare parte attiva
all’interno del dibattito pubblico. E’ indispensabile
lavorare concretamente per costruire le basi di uno
sviluppo sostenibile e responsabile delle nanotecnologie in misura ancora maggiore visto e considerato il
potenziale delle tecnologie verdi.
3
Queste quattro pubblicazioni possono diventare
uno strumento utile per le associazioni ambientaliste che vogliono capire i potenziali vantaggi e
rischi dei nanomateriali e contribuire ad indirizzare correttamente la politica di gestione dello
sviluppo di questo settore.
I testi sono stati elaborati in lingua originale
da EEB (European Environmental Bureau),
nell’ambito del progetto Europeo Nanocap (Nanotechnologies Capacity Building), con l’obiettivo
di approfondire la comprensione dei rischi ambientali, della sicurezza e salute dei lavoratori e
degli aspetti etici delle nanotecnologie, tramite
la pianificazione di un dibattito “mirato” tra
associazioni, istituti di ricerca e altri portatori
d’interesse.
Stati pubblicati a partire dal mese di aprile 2009;
la traduzione in italiano è a cura di Legambiente
Lombardia, l’associazione italiana che partecipa
al progetto e al dibattito italiano sulle nanotecnologie. Le tematiche delle pubblicazioni sono i
seguenti:
1. Le sfide e le opportunità delle nanotecnologie verdi;
2. Lo stato della ricerca nel campo dei rischi per l’ambiente e la salute: verso uno
sviluppo sostenibile;
3. Lo stato della regolamentazione e delle
iniziative legislative in Europa e nel
mondo sui nanomateriali;
4. Le linee guida delle associazioni ambientaliste per valutare la sostenibilità delle
nanotecnologie.
Obiettivi
Questi documenti affronteranno alcuni dubbi e incertezze inerenti lo sviluppo e l’utilizzo di nanotecnologie, affrontando in particolare alcuni fondamentali quesiti:
• Quale è l’impatto dell’utilizzo di nanotecnologie
e materiali sulla biodiversità, le risorse naturali,
gli ecosistemi e la salute umana?
• Quali sono i rischi e le incertezze in merito agli
effetti sulla salute e sull’ambiente?
• Qual è il rapporto rischi – benefici? Quali tra questi sono più consistenti?
• Quali sono le implicazioni socio-politiche
dell’utilizzo di nanotecnologie e quali argomenti
dovrebbero essere considerati?
Il primo documento esaminerà in rassegna le potenzialità delle nanotecnologie verdi nella riduzione
delle principali pressioni ambientali tra cui i cambiamenti climatici e l’eccessivo sfruttamento di risorse
naturali, attraverso una produzione e un consumo più
sostenibili. In particolare, le nanotecnologie saranno al servizio della purificazione dell’acqua, della
produzione di energia rinnovabile, della riduzione
dell’inquinamento e della realizzazione di nuovi materiali.
Il secondo documento della serie analizzerà le incertezze in merito agli impatti delle nanotecnologie
e dei nanomateriali sull’ambiente e la salute umana
e le procedure da attuare per tutelare la sicurezza
degli individui. Saranno inoltre prese in considerazione le attuali lacune nell’ambito della ricerca, identificando gli attori principali con cui creare una rete
di conoscenze e provando a stimare la quota di investimenti necessaria per avviare concreti e sostan-
4
ziali programmi in favore della ricerca sui rischi. Sarà affrontato anche il tema degli standard
condivisi a livello internazionale per le procedure e i test tossicologici, in modo da tracciare
un adeguato profilo tossicologico delle diverse
applicazioni nanotecnologiche.
Con il terzo documento, sarà esaminato il quadro dei regimi di regolamentazione e delle misure
legislative necessarie per assicurare un corretto
e sicuro sviluppo delle nanotecnologie, con particolare riferimento alle nanotecnologie verdi e
ai prodotti di consumo già presenti o in fase di
distribuzione sul mercato.
Con il quarto fascicolo saranno proposte le linee
guida delle associazioni ambientaliste per valutare e indirizzare la sostenibilità delle nanotecnologie e dei nanomateriali.
Si cercherà inoltre di capire e favorire
l’accessibilità dei risultati della ricerca per i
governi, le associazioni ambientaliste e il pubblico, studiando anche la formula migliore per la
comunicazione ai cittadini. In conclusione, sarà
esaminata la percezione pubblica dei possibili
rischi dei nanomateriali presenti nei prodotti di
consumo.
Dossier 1:
Sfide e opportunità delle nanotecnologie verdi
Problematiche globali – quali soluzioni possono offrire le nanotecnologie
I cambiamenti climatici, la dipendenza dalle fonti fossili per la produzione
di energia, l’eccessivo sfruttamento di risorse naturali, insieme all’impatto
dell’eccessivo consumismo praticato dalle economie occidentali, sono i principali
problemi ambientali del 21^ secolo. Si rischia seriamente una devastazione ecologica globale che con un effetto a catena contribuirà a incrementare in maniera costante la povertà e le guerre per lo sfruttamento delle risorse sempre più
scarse.
Le conseguenze dei cambiamenti climatici sugli equilibri del pianeta sono già in
atto, soprattutto nei paesi in via di sviluppo che subiscono danni spropositati a
causa di fenomeni quali siccità,desertificazione e inondazioni che si verificano
sempre più frequentemente e con maggiore intensità. Sono proprio le aree più
svantaggiate del pianeta, dunque, a pagare il prezzo più alto dello scioglimento
della calotta polare e della perdita di biodiversità su scala mondiale, pur contribuendo in misura più limitata alla devastazione delle risorse naturali e ottenendo un altrettanto scarso ritorno economico dalla produzione di energia e di
derrate alimentari (quali riso e grano).
Le nanotecnologie cambieranno la società non solo trainanando la rivoluzione
industriale del futuro, ma anche offrendo potenzialmente delle soluzioni tecnologiche a molti di questi problemi. Molte industrie e paesi sostenitori di questa
nuova frontiera innovativa, ritengono che le applicazioni basate su processi a
scala nanometrica saranno in grado di:
• fornire acqua pulita a miliardi di persone attraverso nuove e migliori tecniche di depurazione da fonti contaminate;
• risolvere i problemi di efficienza energetica apportando un contributo
fondamentale alla diffusione globale delle energie rinnovabili (soprattutto
dal fotovoltaico)
• ridurre l’inquinamento e migliorare la gestione dei rifiuti.
• realizzare materiali più efficienti, con l’impiego di una minor quantità di
risorse necessarie per produrli, la garanzia di migliori caratteristiche in
termini di resistenza e peso, e una produzione e consumo più sostenibili.
Questo primo opuscolo vuole esaminare le effettive opportunità che le nanotecnologie possono offrire nei settori identificati e valutare se tali soluzioni possono
essere facilmente realizzate e se esiste una casistica dei rischi legati a specifiche
applicazioni.
L’innovazione tecnologica è stata presentata in passato, molto spesso, solo con accezioni positive. Alcuni materiali (come l’amianto) e sostanze chimiche (tra cui il
DDT) ritenuti miracolosi si sono poi rivelati altamente tossici e nocivi, provocando un
vero disastro ambientale con migliaia di morti e feriti. L’ambiente naturale continua
a risentire dell’inquinamento provocato dall’immissione di queste sostanze tossiche
introdotte sul mercato senza le adeguate protezioni per la salute umana.
Le innovazioni portate dalle nanotecnologie, dovranno essere perciò essere confrontate con il contesto culturale di riferimento e con la società civile (1). E’ necessario testare la sostenibilità di queste tecnologie durante la fase di progettazione
e sperimentazione, identificando i potenziali rischi provenienti da ogni signola fase
del ciclo di vita dei materiali e attuando una comparazione della performance rispetto a processi e prodotti esistenti. In questo modo, la produzione e la successiva
distribuzione sul mercato, saranno davvero sicure per la salute dei lavoratori e dei
consumatori, e potranno realmente contribuire a migliorare la società. Oltre a verificare la sicurezza e l’efficacia dei nanomateriali, è molto importante affrontare nel
dibattito altre questioni delicate quali etica e gradimento del pubblico, soprattutto
in merito a prodotti destinati al consumo.
Le tecnologie e la chimica verdi, si basano sull’applicazione di un insieme di principi
per la produzione e il design di prodotto indirizzati verso una progressiva riduzione dell’utilizzo di ingredienti tossici, processi produttivi con basse temperature
e risparmio energetico oltre al ricorso a fonti rinnovabili, e infine l’introduzione
dell’analisi del ciclo di vita del prodotto.
In modo simile, le nanotecnologie verdi tentano di fare propri questi principi
puntando a trovare le soluzioni per risolvere le problematiche ambientali e realizzare nanomateriali e prodotti che non comportino ulteriori impatti sull’ambiente e la
salute umana. Bisogna dunque puntare sulla corretta applicazione di questi principi,
affinchè le nanotecnologie possano avere un ruolo chiave all’interno del Green New
Deal, e porre le basi per lo sviluppo sostenibile della società (2).
7
Acqua sicura per tutti
Come affrontare la crisi idrica mondiale
Quasi due miliardi di persone vivono in zone del mondo con forti
problemi di approvvigionamento idrico. L’inquinamento, i cambiamenti climatici e la pressione demografica
contribuiscono a rendere più difficoltoso l’accesso all’acqua potabile secondo standard accettabili dal punto di vista sanitario.
La crisi idrica mondiale è ormai in atto e le dimensioni sembrano
essere devastanti, come dimostrano questi numeri:
• due quinti della popolazione mondiale non è in grado di ac
cedere all’acqua potabile garantita da adeguati standard
sanitari;
• l’acqua contaminata è responsabile dell’80% dei disastri sanitari ed ambientali mondiali;
• il 50% dei posti ospedalieri mondiali è occupato da persone
curabili semplicemente migliorando la qualità dell’acqua
nella rete idrica domestica (3).
L’accesso all’acqua potabile è una priorità anche per alcune zone
dell’Europa. In Belgio, l’industria pesante continua a inquinare
i propri bacini idrici a causa dello sversamento incontrollato di
sostanze tossiche; l’Europa Meridionale deve fare i conti con
l’avvicendarsi di periodi di siccità sempre più frequenti, mentre
in Inghilterra sussiste una situazione di irregolarità nella fornitura del servizio idrico. Molte falde acquifere europee, che alimentano il 65% della rete idrica complessiva e servono più del
60% delle città , registrano un livello di inquinamento in costante
aumento, con forti rischi per la salubrità delle zone umide presenti in prossimità delle aree urbane e per l’equilibrio dell’intero
ecosistema.
Un altro grave fenomeno nel vecchio continente è lo scioglimento
dei ghiacciai, che negli ultimi decenni sono arretrati del 90%;
nelle Alpi svizzere, in particolare (dove alimentano fiumi quali
Reno, Rodano e Po) si stanno sciogliendo a un ritmo molto più
rapido che in tutte le altre zone del pianeta. I ghiacciai alimentano i bacini idrici che forniscono acqua potabile ad almeno metà
8
della popolazione mondiale, e il loro scioglimento, diretta conseguenza del surriscaldamento
del pianeta, è uno dei problemi maggiori per
l’approvvigionamento di acqua potabile. I leader europei sono chiamati a non sottovalutare la
gravità della situazione, e a rispondere con politiche serie e concrete di gestione delle risorse
idriche, cercando le migliori soluzioni, ad esempio, per la rimozione degli inquinanti.
Le nanotecnologie sono considerate come una
delle più promettenti soluzioni tecnologiche nel
campo del trattamento delle acque (4) e potrebbero contribuire a realizzare uno degli obiettivi
del millennio individuati dall’Onu: dimezzare il
numero di persone che non possono accedere
all’acqua potabile entro il 2015 (5).
Le nanotecnologie presentano delle potenzialità
per la rimozione dei contaminanti dai corpi idrici, offrendo migliori performance in termini di
efficienza e resistenza (4). Le fasi in cui, trovano
maggiore applicazione, sono:
• depurazione, con filtri porosi e membrane
per la rimozione degli inquinanti e la desalinizzazione delle acque;
• monitoraggio con sensori che misurano la
quantità e qualità delle acque e individuano
le sostanze nocive.
I limiti degli attuali sistemi di filtrazione e decontaminazione delle acque
Le tecnologie convenzionali per il trattamento delle acque sono diffuse e utilizzate da secoli a livello domestico, e hanno consentito di raggiungere anche nelle comunità relativamente povere un buon servizio
di fornitura dell’acqua potabile.
Queste tecnologie includono: filtri (in ceramica, a carboni attivi, fibre e tessuti), trattamenti chimici e
radioattivi, desalinizzazione (osmosi inversa, distillazione, filtri assorbenti) e sistemi per la rimozione
dell’arsenico (6). Tralasciando la polemica in merito alla titolarità del servizio idrico (collettiva o privatizzata), gli esperti del settore non criticano tanto i vantaggi, quanto i costi dovuti alla dipendenza dagli
Stati Uniti per il reperimento delle componenti da sostituire, e all’appoggio degli ambientalisti e dagli
operatori sociali per divulgare e diffondere lo sviluppo di queste tecnologie all’interno della società. (6)
Il contributo delle nanotecnologie
quente, e al momento una maggiore convenienza
economica (ben il 75%). Diversi studi stanno recentemente facendo emergere un profilo tossicologico sui nanotubi di carbonio che desta alcune
preoccupazioni in termini di rischi per la salute.
E’ appurato, infatti, che alcune particolare forme
di nanotubo si comportino nell’ambiente come le
fibre di amianto (7).
Oltre alla casistica sui nanotubi di carbonio, ci
sono aspetti rilevanti ancora da chiarire in merito all’applicazione di nanotecnologie nel trattamento delle acque. Per la loro produzione sono
richieste procedure e materiali sofisticati, attualmente disponibili solo in strutture specializzate
localizzate nei paesi sviluppati.
Per la fase di utilizzo, non sono ancora stati effettuati test per capire come le nanoparticelle nei
filtri per l’acqua vengano recepite nell’ambiente
e negli organismi. Perciò, si deve procedere ad
un’attenta valutazione della fattibilità tecnologica, dei reali impatti economici, ambientali e sulla
salute, prima di poter considerare queste applicazioni sicure e sostenibili.
Le industrie e i sostenitori delle tecnologie per il
trattamento delle acque a base “nano” promettono una maggiore economicità, durata, efficienza
rispetto alle metodologie convenzionali (4). Attualmente sul mercato i nanomateriali trovano applicazione in membrane, reti, filtri, ceramiche, argille e assorbenti, zeoliti e catalizzatori.
Le membrane composte in nanotubi di carbonio
sono un esempio pratico di tecnologia per il filtraggio di contaminanti. Grazie a un’ampia area superficiale, un’alta permeabilità, e una buona stabilità
meccanica e termica, sono in grado di rimuovere
un numero di contaminanti dall’acqua in sedimentazione, come batteri, virus, e sostanze organiche,
e potrebbero essere utilizzati entro 5-10 anni nelle
tecniche di desalinizzazione. Una performance
comparabile con le membrane ad osmosi, anche
se queste richiedono una manutenzione meno fre-
9
Confrontando le diverse soluzioni, sembra che attualmente le applicazioni “nano”
in realtà comportino costi maggiori, materie prime difficilmente reperibili e trattabili localmente, disattendendo le promesse degli operatori del settore.
Per risolvere la crisi idrica, non basta la migliore tecnologia disponibile senza
prevedere un piano per l’utilizzo e la gestione di materiali e manodopera a livello
locale. Un’esperienza interessante, a questo proposito, è stata attivata in Bangladesh per ridurre il numero di batteri del colera contenuti nelle fonti idriche locali.
Il progetto pilota si è basato sul ripristino di usi e costumi come il tradizionale
abito Sari, e ha consentito di rimuovere il 99% dei batteri del colera dall’acqua; è
stato adottato inoltre da 45.000 persone visto l’adattamento nello specifico ambito territoriale e culturale locale. I responsabili del progetto stanno verificando
la possibilità di pretrattare il Sari con nanomateriali1, in modo da filtrare sali e
sostanze organiche/inorganiche solubili, e di garantire il pieno controllo da parte
delle popolazioni locali. Questi abiti vengono prodotti localmente dalle donne
che coltivano i bachi da seta selvatici e lavorano i tessuti. I modelli e materiali
più antichi, tra l’altro, risultano più efficaci rispetto a quelli più moderni nel
neutralizzare i batteri, e consentono quindi di recuperare i metodi di lavorazione
tradizionali e di riutilizzare tessuti che si pensava non fossero più utili.
La questione dell’accesso all’acqua pulita non può essere limitato a una questione
tecnologica, ma presenta dei profondi risvolti politici ed economici che producono
un impatto rilevante all’interno della società. Il secondo rapporto delle Nazioni
Unite sulla distribuzione di acqua potabile, dimostra come i principali fattori che
ostacolano l’accesso all’acqua potabile nel mondo, siano la cattiva gestione dei
servizi di fornitura, corruzione in appalti pubblici, carenza di istituzioni preposte
e infrastrutture, burocrazia e scarsità di investimenti a favore dell’occupazione
nel settore (8). I regolamenti e la proprietà dei diritti di sfruttamento delle risorse
idriche avranno un ruolo sempre più crescente, e influenzeranno enormemente sia
le industrie che gli investitori nell’ambito dei sistemi di trattamento per migliorare la qualità dell’acqua disponibile.
Le tecnologie per la desalinizzazione e purificazione sono ormai entrate a far
parte dell’industria globale, e anche le nanotecnologie si inseriranno in questo
circuito. Molti progetti inerenti alle applicazioni “nano” in questo settore vengono
avviati in dipartimenti universitari finanziati dai governi per cercare delle soluzioni a favore delle popolazioni più povere, però la maggior parte di queste scoperte finisce per essere commercializzata con il principale scopo di incrementare il
profitto delle industrie private.
10
Le compagnie che gestiscono le tecnologie di purificazione delle acque, che siano piccole o grandi entità
pubbliche o private, sono controllate generalmente da
multinazionali o grandi holding, che generano fatturati
da miliardi di dollari. Ad esempio, la divisione operativa di General Electric per i trattamenti delle acque, nel
2007 aveva un patrimonio pari a 1,5 billioni di dollari.
La società della Dow Chemicals che si occupa di desalinizzazione e depurazione ha fatto registrare nel 2006
la maggiore crescita all’interno del gruppo, conseguendo un utile di 500 milioni di dollari. La Siemens, nota
compagnia tedesca, ha investito nel settore acquistando una compagnia americana che produce filtri per le
acque per 1 billione di dollari, diventando un attore rilevante all’interno del settore. Molte di queste aziende
stanziano annualmente ingenti fondi per la ricerca su
nanotecnologie e sistemi di filtraggio dell’acqua (3).
I TRATTAMENTI DELLE ACQUE CON NANOTECNOLOGIE
Vantaggi
attesi:
MOLTO ELEVATI
Fattibilità: POSITIVA, MA PER ORA SOLO IN PROGETTI PILOTA O IN APPLICAZIONI LIMITATE
Complessità: MOLTO ALTA
Vantaggi: ALLA PARI O MAGGIORI RISPETTO ALLA
TECNOLOGIA ESISTENTE
Ambiente, salute e sicurezza: NELLA FASE DI UTILIZZO
IMPATTI SCONOSCIUTI; DA ANALISI
IN LABORATORIO SU NANOTUBI RISULTATI EFFETTI SULLA SALUTE SIMILI A QUELLI DELLE FIBRE
DI AMIANTO
Nonostante le potenzialità delle nanotecnologie per
migliorare i servizi per la purificazione e il trattamento
delle acque, la tematica della gestione delle risorse
idriche è molto più complessa e richiede più azioni e
risorse che una singola innovazione tecnologica è in
grado di offrire. Ci deve essere anche un cambiamento
nel modo di sfruttare le nostre risorse idriche attraverso una riduzione degli sprechi e un migliore sistema di
gestione dei bacini fluviali. Solo affrontando in maniera integrata tutti questi aspetti, si potrà assicurare
l’accesso ad acqua pulita e salubre e soddisfare i bisogni umani, senza compromettere le scarse risorse di
cui disponiamo.
Disponibilità commerciale: MOLTI PRODOTTI SONO
IN FASE DI COLLAUDO; IL LANCIO SUL MERCATO
DIPENDE DALLA PRODUZIONE SU LARGA SCALA ATTUABILE IN 5 ANNI
Convenienza: NANOTUBI DI CARBONIO POTREBBERO ESSERE PIÙ CONVENIENTI, ALTRE APPLICAZIONI A PREZZI CONCORRENZIALI (6).
Risultati attesi per la collettività: POTENZIALMENTE
MOLTI BENEFICI, ANCHE SE LA E C N O L O G I A
PER IL TRATTAMENTO È SOLO UNA DELLE PROBLEMATICHE LEGATE ALL’ACQUA; L’AMBITO POLITICO E SOCIALE COSÌ COME LA GESTIONE A
LIVELLO LOCALE NECESSITANO DI UNA RIFLESSIONE
1.Con nanomateriali intendiamo materiali ottenuti da
processi di manipolazione della materia avvenuti su scala nanometrica (1 nm= 1 miliardesimo di millmetro)
11
Tecnologie efficienti per le energie rinnovabili
Una delle maggiori sfide del ventunesimo secolo è quella di sostituire progressivamente lo sfruttamento
di risorse energetiche da combustibili fossili con fonti rinnovabili. I cambiamenti climatici e la scarsità di
petrolio rendono necessaria la ricerca di nuove soluzioni, soprattutto se non intendiamo modificare il nostro stile di vita. Le nanotecnologie sono considerate da molti esperti un’avanguardia tecnologica in grado
di fornire soluzioni per conseguire una migliore produzione, conservazione e distribuzione di energia.
I settori delle nanotecnologie indirizzati verso la fabbricazione di materiali (come ad esempio in nanotubi
di carbonio) più leggeri e resistenti di quelli tradizionali può migliorare l’efficienza anche nei consumi di
carburanti in automobili e aerei. L’inserimento di nanocatalizzatori (sostanze che accellerano le reazioni
chimiche) in vari dispositivi per auto consente un risparmio di materia del 70-90% rispetto all’utilizzo di sistemi convenzionali. Ulteriori benefici si possono conseguire nel settore delle batterie, grazie all’incremento
della capacità di immagazzinare energia, della durata del ciclo di vita e la sicurezza. Ad esempio, si sta
sperimentando l’utilizzo di nanofibre di carbonio nelle batterie al litio per aumentarne la durata (9).
Se efficienza e risparmio di materiali sono obiettivi strategici, la legislazione esistente e le procedure dei
test per valutare l’aspetto ecotossicologico non sono in grado di garantire la qualità e la sicurezza della
performance di queste tecnologie.
Energia solare
Il settore dell’energia solare, con particolare riferimento al fotovoltaico, è forse quello che offre le maggiori opportunità per
risolvere i nostri problemi energetici. La luce del sole è liberamente accessibile ed è una fonte rinnovabile al 100%. Ad ogni
modo, lo sviluppo di questa tecnologia è rimasto bloccato per
molti anni, a causa di insufficienti investimenti governativi, problemi di efficienza e i costi molto elevati (dovuti a materie prime
non facilmente reperibili e alla bassa efficienza del capitale). Le
nanotecnologie potrebbero superare queste difficoltà tecnologiche e produttive che le celle solari hanno incontrato fino a questo
momento
Le tecnologie convenzionali
I pannelli fotovoltaici attualmente sul mercato sono composti da semiconduttori in silicio e il processo di lavorazione richiama l’attività dell’industria della microelettronica.
I costi sono molto elevati (anche se stanno diventando più
12
competitivi grazie alla crescita della domanda) a
fronte però di una scarsa efficienza nel rendimento.
Il silicio è però una materia prima scarsa, e ad alto
costo, e questo avrà quindi delle ricadute anche sui
costi delle celle solari.
Molti esperti del settore, assicurano che l’efficienza
dei pannelli fotovoltaici, anche grazie al contributo
delle nanotecnologie, raggiungerà il 60%, ma i dati
reali odierni non sembrano confermare questa tendenza. Attualmente, i pannelli a base di wafer di silicio cristallizzati, possono raggiungere un efficienza
del 25%, quelli con film sottili di telluro di silicio e
cadmio amorfo il 19%, i pannelli elettrochimici a
colori o con biossido di titanio non poroso il 10% mentre le celle polimeriche con fullereni solo il 5%. (10)
L’attuale produzione di pannelli solari, analizzando
l’intero ciclo di vita, non risulta avere un “impatto
zero”. Gli agenti chimici utilizzati per i diversi tipi
di celle solari sono numerosi. Ad esempio, nella fase
di pulizia e rimozione delle impurità dai materiali semiconduttori,si impiegano sostanze corrosive
quali l’acido cloridrico, solforico, nitrico e floruro
di idrogeno. Il piombo è spesso utilizzato nei circuiti
elettronici dei pannelli fotovoltaici con cablaggio,
pellicole di rame aggregate, e colle di stampa (11).
Non è mai stata quantificata la domanda di energia
necessaria per alimentare il processo produttivo. Un
profilo tossicologico potrebbe emergere in fase di
smaltimento alla fine del ciclo di vita, dato che deve
avvenire in discarica o inceneritore per la presenza
di materiali e sostanze considerate rifiuti speciali.
L’approvvigionamento stesso di materie prime, riscontra difficoltà non solo per la scarsità di risorse,
ma anche perché pochi materiali impiegati per la
produzione di celle solari possono essere completamente riciclati. Se i componenti in silicio possono essere riciclati all’interno dei processi di riciclaggio
del vetro, il recupero di altri componenti come
cadmio (disponibile in maniera limitata) è sperimentale, oppure non è ancora stato intrapreso
(come per il selenio). Il riciclo di film ultrasottili
non è nemmeno stato preso in considerazione.
Il contributo delle nanotecnologie
Una delle maggiori opportunità offerte dalle nanotecnologie applicate al settore del fotovoltaico,
è di elevare l’efficienza solare attraverso nanoparticelle di biossido di titanio e argento insieme
a materiali nanostrutturati e telluro di cadmio,
da utilizzare prevalentemente nelle celle solari a
film sottili. Purtroppo, nessuno dei pannelli solari
a base “nano” già disponibili sul mercato sembra
già in grado di incrementare l’efficienza e dimezzare i costi. Ad esempio, Nanosolar, azienda americana specializzata nel settore, produce celle a
film sottili con un’efficienza che supera di poco
il 14% (contro il 25% dei pannelli convenzionali) e
auspica di raggiungere una produzione di mercato
ad un costo pari a 1 dollaro per watt (12).
13
Nonostante sia difficile confrontare il costo per watt, il dato europeo dei tradizionali sistemi per lo
sfruttamento dell’energia solare è intorno a 0,50 euro per watt (13). Naturalmente, lo sviluppo dei
pannelli a film sottili con nanomateriali è appena iniziato, e ci sono notevoli margini di miglioramento
e potenzialità per affrontare la questione dei costi e dell’efficienza.
I pannelli fotovoltaici, garantiscono la produzione di energia da una fonte completamente rinnovabile e consentono di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. Ad ogni modo, è necessario
procedere con un’analisi dell’intero ciclo di vita, valutando l’impatto di ogni singola fase, soprattutto per quanto concerne l’utilizzo di nanomateriali e di sostanze prodotte tramite processi
a livello nanometrico.
Altre tecniche includono il deposito di nanocristalli e particelle sospese in inchiostri, nanostrutture, fili,
celle di argento e la produzione di laminati per proteggere le celle solari. Molte delle più promettenti
applicazioni delle nanotecnologie nel settore del solare, tra cui materiali plastici per convertire raggi
solari e infrarossi, sono ancora in fase sperimentale
PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE CON NANOTECNOLOGIE
Vantaggi
attesi:
ELEVATI
Fattibilità: POSITIVA, MA DA APPROFONDIRE
Complessità MOLTO ALTA
Vantaggi: MOLTI, MA MINORI RISPETTO ALLE ASPETTATIVE
Ambiente, salute e sicurezza: PROFILO TOSSICOLOGICO ED ECOTOSSICOLOGICO NON IDENTIFICATO
Anche in presenza di importanti benefici per la società, lo sviluppo di pannelli fotovoltaici realizzati con nanotecnologie deve avvenire in modo sostenibile e sicuro, attraverso l’adozione di misure e
protocolli per la protezione della salute dei lavoratori e la riduzione dell’impatto ambientale, applicando
il principio di precauzione in attesa di dati certi sulla valutazione del rischio (11). Le celle solari a film
sottile che utilizzano nanoparticelle quali cadmio, argento e biossido di titanio oltre a nanostrutture ingegnerizzate, sembrano presentare un profilo tossicologico rilevante. Molti ricercatori stanno elaborando
degli studi sull’impatto di queste sostanze, utilizzate anche in altri numerosi ambiti applicativi delle
nanotecnologie.
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Disponibilità commerciale: ALCUNI PANNELLI DISPONIBILI, ALTRI ANCORA IN FASE DI SPERIMENTAZIONE O TEST
Convenienza: POSSIBILE CONVENIENZA RISPETTO ALLE TECNOLOGIE CONVENZIONALI MA ANCORA DA VALUTARE LA FASE DI
SMALTIMENTO
Risultati attesi per la collettività: ELEVATI, A PATTO DI GARANTIRE UN INTERO CICLO DI VITA SOSTENIBILE
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Inquinamento e gestione dei rifiuti
Due fenomeni in costante aumento
Le nanotecnologie offrono buone prospettive nel ripristino ambientale e la
gestione dei rifiuti. Alcuni esperti stimano che il mercato mondiale delle
nanotecnologie applicate ai servizi
ambientali raggiungerà i 6,1 bilioni
di dollari entro il 2010 (4). Naturalmente, anche dotandosi delle migliori
tecnologie in tali ambiti, occorre intervenire a monte della situazione di
inquinamento, attivando campagne di
prevenzione in modo da evitare o almeno ridurre l’entità dei danni provocati. Le tecniche di ripristino ambientale, non sono ad esempio in grado di
risolvere pienamente problemi quali la
potabilizzazione dell’acqua, la rimozione di inquinanti di origine aerea, siti
contaminati da attività industriali. Ad
esempio, la contaminazione del suolo
viene risolta in gran parte asportando
strati potenzialmente coltivabili di
terreno, e conferendoli in discarica.
Con questo metodo, il problema viene
trasferito da un sito ad un altro.
Il ruolo delle nanotecnologie.
Ci sono una serie di tecniche per la rimozione dell’inquinamento
e la bonifica ambientale basate sull’utilizzo di nanotecnologie.
La fotocatalisi, impiegando nanoparticelle di biossido di titanio, è in grado di abbattere inquinanti come nitrati e composti organici volatili e trova numerose applicazioni nel settore della chimica. Ad esempio, le vernici a base di questa
sostanza stanno sostituendo i tradizionali prodotti a base
organica usati per mantenere pulite le superfici degli edifici. Nel futuro, grazie alle sue proprietà fotocatalitiche, si
potrebbero ridurre gli inquinanti presenti nell’aria. I componenti organici nelle soluzioni tradizionali sono molto tossici
mentre il biossido di titanio nella sua dimensione normale
è considerato sicuro. In realtà, anche questa sostanza, se
utilizzata in forma “nano”, durante la pulizia delle superifici potrebbe mescolarsi con l’acqua piovana e terminare
in corsi d’acqua provocando possibili problemi tossicologici
agli organismi acquatici (15,16). Per questi motivi, le nanoparticelle di titanio, sono oggetto di numerosi studi epidemiologici da parte di numerosi istituti di ricerca. Proprio
recentemente, sono stati riscontrati effetti intergenerazionali: uno studio ha evidenziato in alcuni esemplari di topi
in gravidanza il trasferimento di queste molecole da alla
prole, con relativi danni al sistema nervoso e all’apparato
riproduttivo negli esemplari maschi (17). In Australia, invece, l’applicazione di filtri solari a base di titanio su nuovi
tetti in acciaio, ha provocato una reazione non prevista più
forte e rapida di 100 volte rispetto al previsto.
16
La bonifica dei terreni, specialmente in siti industriali e militari abbandonati, è un’esigenza sempre crescente nei paesi industrializzati. L’utilizzo
di materiali ferrosi nanostrutturati e ossidi di ferro viene considerato l’unico vero rimedio in grado
di apportare seri miglioramenti alle performance
delle operazioni di bonifica, anche se attualmente
i costi risultano decisamente più elevati rispetto
a quelli dei prodotti attualmente in uso (19). Mentre in alcune aree dell’Europa e degli Stati Uniti
l’applicazione di questi prodotti sta mostrando risultati molto significativi, non ci sono abbastanza
informazioni in merito al rilascio di nanoparticelle negli ecosistemi e ai possibili rischi per la
biosfera,falde acquifere, ecc.
Soluzioni non ancora mature
Le applicazioni delle nanotecnologie per le
tecniche di bonifica e ripristino ambientale
sono state testate in laboratorio e alcune sono
state lanciate sul mercato, ma sono pochissime quelle che presentano standard sulla sicurezza e l’efficienza. Molte soluzioni presentate sono ancora in fase sperimentale o
oppure fanno parte di specifici progetti pilota.
Ci sono diverse questioni fondamentali da risolvere:
come è possibile assicurare che la tecnologia utilizzata sia davvero efficace o che addirittura non sia non
più dannosa degli stessi inquinanti rimossi? I nanomateriali utilizzati per filtrare i contaminanti potrebbero finire nella catena alimentare, causare patologie croniche e/o degradare il terreno e l’ecosistema?
Quale è il reale carico ambientale che l’utilizzo di
questi nanomateriali comporta?
Infine, ogni nuova soluzione deve essere confrontata
con quelle esistenti per dimostrare un miglioramento
in efficienza ed economicità, impatto ambientale e
sociale. (21)
La migliore strategia attuabile, in un’ottica di
sostenibilità, resta quella di ridurre l’inquinamento e
la produzione di rifiuti nel ciclo produttivo a monte.
RIPRISTINO AMBIENTALE CON LE NANOTECNOLOGIE
Vantaggi
attesi:
ELEVATI
Fattibilità: POSITIVA
Complessità
tecnologica:
MOLTO ELEVATA
Vantaggi: PRESENTI, ANCHE RISPETTO ALLA TECNOLOGIA
ESISTENTE
Ambiente, salute e sicurezza: IMPATTO NELLA FASE DI UTILIZZO RISULTA SCONOSCIUTO
Disponibilità commerciale: ALCUNI PRODOTTI SONO GIÀ SUL
MERCATO, ALTRI IN FASE DI SPERIMENTAZIONE
Convenienza: PROBABILE, MA ANCORA DA ACCERTARE
Risultati attesi per la collettività: SE LA SICUREZZA VIENE
GARANTITA, SONO ATTESI NOTEVOLI BENEFICI NEI SETTORI IN CUI IL RIPRISTINO AMBIENTALE È RICHIESTO
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Le nanotecnologie per una produzione e un consumo sostenibili
Una delle maggiori aspettative provenienti dalle nanotecnologie verdi, è quella di raggiungere una produzione di merci più sostenibile, risparmiando energia e risorse (materie prime, acqua) e impiegando materiali
meno tossici.
Ad ogni modo,è molto difficile confrontare processi produttivi tradizionali con quelli più innovativi in cui
si inseriscono le nanotecnologie. Sono stati avviate ben poche analisi del ciclo di vita del prodotto, per
comparare la sostenibilità dei materiali realizzati con e senza manipolazioni a livello nanometrico. In ogni
caso, da un’indagine della situazione attuale emerge come i vantaggi ambientali conseguiti grazie alle
nuove applicazioni sembrano essere inferiori rispetto ai possibili impatti ambientali negativi causati dalla
loro produzione e utilizzo.
Il ruolo delle nanotecnologie nella conversione della chimica
I nanoprodotti sono spesso proposti quali valide
alternative a sostanze chimiche dannose come
metalli pesanti e agenti chimici notevolmente
tossici. Non ci sono dubbi che questa sia una
brillante prospettiva, applicabile soprattutto
nel campo dei rivestimenti e degli adesivi. Ad
esempio, le attuali pitture autopulenti necessitano di agenti chimici molto forti e tossici per
poter essere efficaci.
I nanomateriali consentono di sostituire l’effetto
del reagente chimico con uno di tipo strutturale,
riducendo la tendenza di adesione alle vernici
da parte degli organismi. Le nanoparticelle di
biossido di titanio, biossido di silicio, ossido di
magnesio o zinco possono sostituire le sostanze
chimiche ritardanti considerati estremamente
tossiche. Sfortunatamente, in alcuni di questi
casi, non è chiaro se la sostituzione si verificherà
in modo completamente sicuro. Le nanotecnologie hanno delle grandi potenzialità per ridurre
l’utilizzo di sostanze dannose,ma in definitiva la
maggior parte dei vantaggi non è ancora quantificabile in maniera puntuale (22).
E’ benefica la produzione di nanomateriali?
I nanomateriali vengono spesso etichettati come
“ecoefficienti”, in quanto più leggeri e resistenti
dei materiali che sostituiscono. Ad esempio,con i
nanotubi di carbonio si possono ottenere componenti industriali che funzionano con minore energia. Questi minuscoli cilindri fatti di carbonio, sono
le fibre più forti e resistenti mai inventate e possiedono proprietà elettriche davvero uniche. Sono già
disponibili sul mercato in molti campi soprattutto
nella componentistica di auto e aerei, plastiche ad
altro rendimento, filtri per carburanti, strumenti
elettronici e batterie al litio in carbonio. Potreb-
PRODUZIONE SOSTENIBILE CON LE NANOTECNOLOGIE
Vantaggi
attesi:
MOLTO ELEVATI
bero essere in grado di garantire per automobili e
aerei un’elevata illuminazione e un minor consumo
meno carburante, riducendo in maniera significat-
Fattibilità: PRODUZIONE GIÀ AVVIATA
va il costo ambientale del viaggio.
Complessità
Ad ogni modo, ci sono delle versioni ampiamente
tecnologica:
MOLTO ELEVATA
Vantaggi: PRESENTI
tubi di carbonio. La produzione di questi nanoma-
Ambiente, salute e sicurezza: POSSIBILI IMPATTI DEL CICLO
PRODUTTIVO SU AMBIENTE E SALUTE UMANA, MENTRE
NELLA SOSTITUZIONE DEI PRODOTTI CHIMICI RISULTANO
SCONOSCIUTI
Disponibilità
MERCATO
commerciale:
discordanti sulle prospettive di sviluppo dei nano-
ALCUNI PRODOTTI SONO GIÀ SUL
Convenienza: PROBABILE
teriali potrebbe anche avere inaspettati e maggiori
impatti ambientali. Dalla necessità di lavorare
in ambienti specializzati, a un elevato utilizzo di
energia e acqua; da una crescente produzione di
rifiuti speciali, alle emissioni di gas serra, e infine
all’utilizzo di agenti chimici tossici e solventi quali
il benzene. (23,24) .
Il ciclo di vita delle nanofibre di carbonio è uno
dei primi casi su cui è stato applicato il metodo
LCA (life cycle assessment). Alcuni ricercatori
ritengono che possano influire su fenomeni quali i
cambiamenti climatici e il buco dell’ozono, e che
possa essere cento volte più dannoso, per unità
di peso, verso l’uomo e l’ambiente rispetto a materiali tradizionali quali alluminio, acciaio e polipropilene (25). Sembra quindi molto probabile che
ogni vantaggio in termini ambientali del prodotto
finito , sia compensato da elevati costi ambientali
di produzione.
Fino a quando non ci saranno studi precisi in grado
di fornire una valutazione del rischio condivisa e
completa, rimarrà l’incertezza circa le reali potenzialità e gli impatti delle Nanotecnologie verso
l’ambiente e la salute dei lavoratori e dei consumatori.
La grande e vera sfida proposta con lo sviluppo
delle nanotecnologie verdi, è quella di trasferire l’efficienza ottenuta grazie a queste innovazioni tecnologiche, all’intero ciclo di
produzione e consumo, rendendolo sostenibile.
Purtroppo,l’efficienza produttiva si ottiene ancora
incentivando un consumo su larga scala piuttosto
che conseguendo un rispamio ambientale. Sfortunatamente l’innovazione tecnologica da sola non
è mai sufficiente a garantire risultati positivi in
termini ambientali e sociali.
Risultati attesi per la collettività: DISCUTIBILI, DA ACCERTARE
CON PRECISIONE E DA SUPPORTARE CON ANALISI DEL CICLO DI VITA
18
19
References
Conclusioni:
Il futuro delle nanotecnologie verdi
A dispetto delle molte promesse di una riduzione delle pressioni ambientali e di una produzione sostenibile di merci, fatte dai produttori e sostenitori delle nanotecnologie, ben poche di queste soluzioni alternative sono state già attuate. Molte potenziali applicazioni
nel trattamento delle acque, nel ripristino e bonifica ambientale,nel
trattamento dei rifiuti sono ancora in fase di speirmentazione. La
commercializzazione a scala globale potrebbe verificarsi nei prossimi
5-10 anni. Ancora più importante è il fatto che molti di questi prodotti o tecnologie sono sviluppate senza una disciplina normativa per
la salvaguardia dell’ambiente, della salute e della sicurezza. Visto
che gli studi sulla tossicologia dei nanomateriali stanno procedendo
piuttosto lentamente rispetto all’evoluzione tecnologica, le preoccupazioni per i possibili danni alla salute e all’ambiente, stanno crescendo. Questo immobilismo rende ancora più necessaria la richiesta
delle associazioni ambientaliste di applicare il principio di precauzione prima della distribuzione sul mercato a larga scala di questi prodotti e applicazioni.
20
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