Il MIT sviluppa un nuovo metodo per generare energia con i nanotubi di carbonio

Gli ingegneri del MIT hanno scoperto un nuovo modo di generare elettricità, usando piccole particelle in carbonio che possono creare corrente interagendo con un liquido che le circonda. Il liquido, un solvente organico, "estrae" gli elettroni delle particelle, generando una corrente che può essere usata per pilotare reazioni chimiche o alimentare robot in micro o nanoscala, secondo i ricercatori.

Michael Strano, professore di ingegneria chimica al MIT, sottolinea che si tratta di un "meccanismo" e di un modo di "generare energia" totalmente nuovo. "Questa tecnologia è intrigante perché tutto ciò che devi fare è far scorrere un solvente lungo un letto di queste particelle. Questo ti consente di fare elettrochimica, ma senza usare dei fili".

I ricercatori hanno dimostrato che possono usare questa corrente elettrica per gestire una reazione nota come ossidazione degli alcoli, importante nell'industria chimica.

La nuova scoperta si origina dalla ricerca degli anni passati fatta da Strano sui nanotubi di carbonio. Nel 2010 il professore dimostrò, per la prima volta, che i nanotubi di carbonio sono in grado di generare onde termoelettriche. Quando un nanotubo di carbonio viene ricoperto con uno strato di combustile, onde termoelettriche (impulsi di calore in movimento) viaggiano lungo il tubo creando una corrente elettrica.

Quel lavoro ha portato a una successiva scoperta: quando una parte del nanotubo è ricoperta con un polimero simile al teflon, crea un'asimmetria che rende possibile per gli elettroni scorrere dalla parte coperta a quella scoperta del tubo, generando una corrente elettrica. Questi elettroni possono essere estratti immergendo le particelle in un solvente "affamato di elettroni".

Per sfruttare questa capacità speciale, i ricercatori hanno creato particelle che generano elettricità frantumando i nanotubi di carbonio e disponendoli in un foglio di materiale simile alla carta. Un lato di ogni foglio è stato rivestito con un polimero simile al teflon, poi i ricercatori hanno ritagliato piccole particelle - che possono essere di qualsiasi forma o dimensione. Nel caso specifico, hanno realizzato particelle di 250 x 250 micron.

Quando queste particelle sono state immerse in un solvente organico come l'acetonitrile, il solvente aderisce alla superficie non coperta delle particelle e inizia a estrarne gli elettroni. "Il solvente porta via gli elettroni e il sistema cerca di equilibrarsi spostando gli elettroni", afferma Strano. "Non c'è una chimica sofisticata. È solo una particella, la metti in un solvente e inizia a generare un campo elettrico".

L'attuale versione delle particelle può generare circa 0,7 volt di elettricità per particella. I ricercatori hanno anche mostrato che possono formare insiemi di centinaia di particelle in un piccolo tubo di test, sufficiente a generare sufficiente energia per una reazione chimica chiamata ossidazione degli alcoli, nella quale l'alcol è convertito in un'aldeide o un chetone. 

In futuro, Strano spera di usare questo tipo di generazione dell'energia per costruire polimeri utilizzando solo anidride carbonica come materiale di partenza. In un progetto correlato, ha già creato polimeri in grado di rigenerarsi usando l'anidride carbonica come materiale da costruzione, in un processo alimentato dall'energia solare. Il lavoro si ispira alla fissazione del carbonio, quell'insieme di reazioni chimiche che le piante usano per produrre zuccheri dall'anidride carbonica, usando l'energia del sole.

Sul lungo termine questo approccio potrebbe essere usato anche per alimentare robot su micro o nanoscala. Il laboratorio di Strano ha già iniziato a costruire robot di quelle dimensioni che un giorno potrebbero essere usati come sensori diagnostici o ambientali.

L'idea di poter recuperare energia dall'ambiente per alimentare questo tipo di robot è allettante. "Significa che non devi mettere a bordo dei sistemi di accumulo dell'energia", spiega Strano. "Ciò che ci piace di questo meccanismo è che puoi prendere l'energia, almeno in parte, dall'ambiente".