Nuovi Materiali e Processi per un'industria sostenibile

Vincere la sfida della sostenibilità è cruciale per tutta la società e in particolare per le realtà a grande impatto ambientale, sociale ed economico come le industrie manifatturiere. La sfida per la sostenibilità comporta l'identificazione di nuovi paradigmi produttivi e di materiali integralmente nuovi e più sicuri nel loro processamento. Riguardo alle materie prime, è essenziale diminuire gli sprechi, sostituirle talvolta con altri materiali correnti che hanno minore impatto ambientale e richiedono meno energia, sia in fase di fabbricazione, sia in fase di utilizzo.

A questo fine, la Divisione TIMAS studia e sviluppa soluzioni per nuove tecnologie e nuovi materiali sostenibili. Ad esempio, TIMAS può offrire lo sviluppo di materiali strutturali e funzionali con un minore budget di energia in fase di fabbricazione, di materiali basati su ingredienti naturali e rinnovabili; di materiali più sicuri.
Appartengono a questo ambito anche: la stampa diretta di materiali, in due e tre dimensioni, poiché riduce il consumo di materiale e la generazione di scarti; la realizzazione di materiali leggeri ma robusti, che applicati alla produzione di vettori per il trasporto a minor peso e/o maggiore durata nel tempo, permettono la riduzione nell'uso di risorse sia nell'esercizio sia nella rifabbricazione dello stesso prodotto.

E' disponibile inoltre la modellazione preventiva dei nuovi materiali, che contribuisce anch'essa a questo scopo, identificando i materiali vincenti tramite simulazione al computer, abbattendo il numero dei test sperimentali di fabbricazione.

Materiali Superconduttori a base ferro (Calcogenuri e picnituri)

Il Laboratorio svolge un’attività di sintesi di materiali superconduttori a base ferro (FeSeTe) e ferro arsenico (picnituri). Tali attività si pongono a supporto e complemento delle linee di produzione di fili e nastri del gruppo FSN-Cond.

L’attività prevede la sintesi di polveri di materiali superconduttori, o dei loro precursori, mediante metodologie classiche (sintesi assistite termicamente) e la crescita di cristalli singoli da sali fusi.

Materiali Conduttivi

Una particolare classe di materiali conduttivi sono i polimeri coniugati che hanno interessanti proprietà elettriche, ottiche ed elettroniche, simili a quelle dei semiconduttori inorganici. Per questo motivo possono considerarsi dei semiconduttori organici.

Materiali Bio-based

I materiali “bio-based” hanno origine biologica (e.g. biomasse) e non includono componenti derivanti da carbone o petrolio (origine fossile), che hanno il primario vantaggio di essere ottenibili da una fonte rinnovabile come le biomasse, magari in associazione a fonti di energia rinnovabile per ridurne ulteriormente la carbon footprint. Molti polimeri tradizionali sono già stati sostituibili con equivalenti bio-based, come ad esempio il polietilene (PE), il polietilene tereftalato (PET), la poliamide (PA), l’acido polilattico (PLA), e il poliuretano (PU).

Materiali Compositi

Riuscire a progettare e realizzare componentistica sempre più leggera è un fattore di sicuro vantaggio competitivo per l’industria.

Un esempio classico è dato dal settore dei trasporti che al fine di contenere le emissioni di CO2, ha adottato come strategia la sostituzione di metalli tradizionali (ad es. acciaio e alluminio) con plastica rinforzata con fibra finalizzata alla riduzione del peso dei veicoli.

Metalli speciali e leggeri

Le tecniche di saldatura laser, fascio elettronico e plasma si distinguono per il ridotto apporto termico e pertanto presentano vantaggi nella realizzazione di strutture leggere sia per quanto riguarda i materiali trattabili (ad ed. leghe di titanio, alluminio, magnesio) sia per la possibilità di operare su parti di spessore esiguo, senza provocare eccessive distorsioni o danneggiamento strutturale.

Materiali e dispositivi per stampa 2D e 3D

In ENEA sono disponibili competenze per lo sviluppo di materiali stampabili (in due e tre dimensioni) di vario genere, nonché attrezzature per la stampa diretta dei materiali. L’avvento dell’Additive Manufacturing (AM) e delle stampanti 3D, apre a nuove possibilità costruttive alternative ai metodi di produzione tradizionali di componenti: superare il limite della complessità di design delle tecnologie di formatura tradizionali, realizzare in tempi rapidi prodotti personalizzati e su richiesta, minimizzare lo scarto di materiale iniziale e ridurre sensibilmente i costi particolarmente elevati della lavorazione meccanica.

Materiali per processi sicuri

La Divisione TIMAS ha una consolidata esperienza, riconosciuta a livello internazionale, su materiali innovativi denominati liquidi ionici (sali fusi alla temperatura ambiente), che sono stati proposti come solventi alternativi sicuri (non volatili e non infiammabili) a quelli organici standard. In particolare, vengono sviluppati liquidi ionici prevalentemente come componenti elettrolitici per sistemi di accumulo elettrochimico dell’energia, soprattutto batterie al litio e al sodio, al fine di incrementare il livello di sicurezza e l’affidabilità di tali dispositivi.