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Margherita VenturiDipartimento di Chimica “G. Ciamician”
Università degli Studi di Bologna
E-mail: [email protected]
Per non “sparecchiare” laTavola Periodica
“La chimica moderna fra sostenibilità e pregiudizi”Rosignano Solvay, 31 ottobre 2019
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Questa è la Terra
Foto scattata dalla sonda Cassini-Juygensnel 2004, quando si trovavapresso gli anelli di Saturno
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Una casa del 1990: ca. 20 elementi chimiciUna casa prima del 1950
http://www.rareelementresources.com
2019: ca. 40 elementi chimici sul palmo di una mano
Quanti elementi usiamo
Grande intensificazione
materiale
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Uno smartphone è una sorta di campionarioambulante della Tavola Periodica
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Una grande intensificazione materiale caratterizza il nostro attuale sviluppo
Forse molti menoper “sparecchiarla”
150 anni per “apparecchiare” la Tavola Periodica
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Proprietà fisiche uniche:Teb: -268,93
OCnon infiammabilità
Liquido di raffreddamento per la tecnica NMR
Gas protettivo per la saldatura ad arco
Gas nelle miscele per immersioni profonde
Gas di riempimento per areostati e palloni sonda
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Il metallo più leggero e con uno dei più elevati potenziali
elettrochimici
Batterie agli ioni litio
Ideale per le batterie
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Fin dall’antichità i sali di cobaltosono stati usati come pigmenti
Produzione di: acciai speciali superleghe leghe per impianti ortopedici e dentali
Il cobalto è contenuto nel catodo delle batterie agli ioni litio
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Nessuna applicazione fino a 20 anni fa, ma poi ...
Il composto ternarioindio-stagno-ossigeno (ITO):
è trasparente, conduttore, silega molto bene al vetro
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Metalli di transizione
Proprietà catalitiche speciali
Ambito medico
Cis-platino: chemioterapico Ag colloidale: antibatterico Au colloidale: antinfiammatorio
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Elementidelle Terre Rare
In realtà non sono così raricome direbbe il loro nome, sonoinvece raramente concentrati ad un livello che ne permetta unosfruttamento economicamente
conveniente
Cina: maggior produttoremondiale di Terre Rare
(circa il 90%)
https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/rare_earths/
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Elementi delle Terre Rare
Monumento alle Terre Rare nel campo eolico di Damao
La casa delle Terre Rare ti dà il benvenuto
Proprietà ottiche, magnetiche, catalitiche e luminescentispeciali per la presenza di elettroni “spaiati”
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Una questione di coscienza
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Oro, stagno, tungsteno e tantalio, ma anche cobalto, estratti nelle miniere della
Repubblica democratica del Congo
Questi minerali sono essenziali per produrre dispositivi elettronici:si stima che la produzione degli smartphone finora sia costata la
vita di almeno 11.000.000 persone
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Anche l’attuale sviluppo tecnologico deve far i conti
con la Tavola Periodica
Cosa si può fare per arginare il problema della scarsa disponibilità degli
elementi?
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Asteroidi comeminiere?
Concentrazione (ppb)Terra asteroidi
5 1400
1 760
15 870
4 215 Non è una opzionerealistica!
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Mare profondo come miniera?
Un’opzione futuribile (?), ma con un grossoimpatto ambientale
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Economia Lineare
Le risorse naturali sono “infinite”
Risorsenaturali Estrarre Usare Gettare
Rifiuti
Energia ottenuta da combustibili fossili
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Economia circolareLe risorsenaturali
sono limitate
Energia ottenuta da fonti rinnovabili
Seguire l’insegnamento della natura che da sempre usa
l’economia circolare
Questa economia deve basarsi su alcune
parole chiave
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SostituireSostituire elementi scarsi o dannosi con elementi più abbondanti e non tossici
Il platino, elemento critico molto usato come catalizzatore, ad es. nelle celle a combustibile, potrebbe essere sostituito dal grafene
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SostituireSostituire elementi scarsi o dannosi con elementi più abbondanti e non tossici
Valida alternativa: un ossido di calcio e alluminio, due elementi
abbondanti sulla crosta terrestre
L’indio, difficile da estrarre e scarso, come composto ternario
con ossigeno e stagno (ITO) trova svariate applicazioni per le ottime proprietà ottiche e
conduttometriche
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SostituireSostituire elementi scarsi o dannosi con elementi più abbondanti e non tossici
La sostituzione del rame con l’alluminio, più abbondante, come conduttore di elettricità comporta un costo energetico troppo alto
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SostituireSostituire i processi
industriali inquinanti con processi più rispettosi per
l’uomo e l’ambiente
La chimica connessa all’estrazione dei minerali e alla lavorazione dei metalli ha molte criticità: uso di sostanze pericolose (cianuri, mercurio e/o miscele di acidi),
sviluppo di gas tossici e inquinanti; contatto con sostanze radioattive
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RiciclareGarbology (garbage = rifiuto) è una nuova branca della scienza che si interessa della
gestione e del trattamento dei rifiuti
I rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche: ogni anno nel mondo
42.000.000 t (di cui 7.000.000 t in Europa, pari a 15 kg pro capite)
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Si tratta di una risorsa di metalli
preziosi
Da un solo cellulare si possono recuperare: 0,024 g di oro 0,25 g di argento 9 g di rame 1 g di terre rare
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RiciclareNel 2017 a livello europeo solo il 45% dei rifiuti elettrici ed elettronici è finito in
sistemi di raccolta e di riciclaggio ufficiali, il restante 55% è stato esportato in paesi dove
non c’è un’adeguata tutela del lavoratore, riciclato in condizioni non conformi, o semplicemente gettato in discarica
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Le Olimpiadi di Tokyo 2020:medaglie recuperate da rifiuti elettronici
Le 5.000 medaglie che saranno assegnate agli atleti sono state ottenute riciclando 6.000.000 di smartphone ed altri rifiuti
elettronici
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Progettare a moduliper riparare, recuperare e
riciclare
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Fare con menoStrategia della miniaturizzazione:
risparmio di atomi
La miniaturizzazione è alla base dell’attuale sviluppo tecnologico
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ENIAC: il primo computer elettronico (1946)
Peso: ca. 30 t Elementi: 19000 valvole Consumo: 200 kW
Spazio occupato:9 m 20 m
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Attuali computer elettronici
Peso: 1,5 kgConsumo: 30 W
Elementi: transistor1,3 miliardi di transistor
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Complessivamente nel settore
informatico non c’è stata una vera
dematerializzazione perché, se nel
1946 c’era un solo computer, oggi ce
ne sono centinaia di milioni
C’è veramente risparmio di atomi?
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Economia mondiale è circolaresolo al 9%Le risorse
naturalisono limitate
Energia ottenuta da fonti rinnovabili
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Fare con menoCambiare stile di vita:adottare la logica della
sufficienza e imparare a dire “mi basta”
Ogni nostro piccolo contributo è importante per salvaguardare le limitate riserve degli elementi chimici