Una vernice al grafene riscalderà le nostre case

Il futuro del riscaldamento in edilizia può cambiare con l’avvento della vernice al grafene. L’ha ideata un’azienda italiana ed è frutto di vent’anni di ricerca condotta dai suoi fondatori in uno dei centri d’eccellenza della ricerca: l’IIT (Istituto Italiano di Tecnologia).

È più che un’idea: BeDimensional, scale-up specializzata nella produzione industriale di materiali bidimensionali, tra cui il grafene, ha presentato proprio in questi giorni presso il proprio stabilimento produttivo di Genova la vernice riscaldante al grafene. Si tratta della prima implementazione industriale della sua innovazione più recente e segna l’avvio del percorso di adozione su larga scala di una tecnologia radiante innovativa, sviluppata per il settore edilizio ed energetico.

«Pensiamo che questo materiale e molti altri, perdendo una dimensione, amplificando le loro proprietà, possono rivoluzionare molti settori manifatturieri e apportare miglioramenti nella vita delle persone, delle abitazioni, grazie a innovazioni sostenibili», ha prospettato Vittorio Pellegrini, CEO dell’azienda, che abbiamo incontrato in occasione della presentazione.

Il principio di funzionamento della vernice al grafene

Su cosa si basa il principio di funzionamento della vernice al grafene? Il sistema utilizza un rivestimento a base di grafene, in grado di creare un film conduttivo che si scalda per effetto Joule quando è attraversato dalla corrente elettrica.

È in grado di generare calore, in modo uniforme e controllato, raggiungendo temperature capaci di garantire comfort termico con risparmi competitivi rispetto ai radiatori convenzionali.

Si stima possa garantire un risparmio energetico medio del 40% rispetto ai tradizionali radiatori elettrici e rappresenta un’alternativa competitiva alle pompe di calore.

Le proprietà del grafene

Il grafene è un materiale che ha eccellenti capacità di condurre calore ed elettricità; in quest’ultimo caso, funziona meglio del rame.

«Lo si può intendere come un additivo polifunzionale, perché sono diverse e simultanee le proprietà intrinseche che lo contraddistinguono – ha spiegato Andrea Gamucci, Cto della società –. Quando questo additivo viene introdotto in un sistema che lo ospita, come la vernice, le proprietà intrinseche del cristallo vengono trasferite e trasportate al sistema termico. La sua eccellente proprietà conduttiva fa sì che è in grado, una volta applicata, di trasformare una superficie rivestita in un resistore», ossia in un componente elettrico usato per produrre calore, mediante effetto Joule, per riscaldare ambienti.

Ed è così che agisce l’applicazione Bedimensional: applicando alla vernice degli elettrodi, in bassa tensione, viene fatta passare la corrente elettrica. Tutta la superficie rivestita diventa attiva, si trasforma in una resistenza, capace di fornire calore per irraggiamento.

I pregi della vernice al grafene

Il consumo medio è ridotto: si parla di 35 W/m2 a condizioni standard (altezza del soffitto di tre metri e isolamento normativo). Confrontato con una pompa di calore è una tecnologia decisamente competitiva o sinergica, ma con diversi vantaggi: semplicità di installazione, costi operativi ridotti, versatilità applicativa.

Altri pregi della vernice al grafene, illustrati da Gamucci, sono l’affidabilità elevata, il trasferimento del calore per irraggiamento, ovvero nello stesso modo in cui il sole scalda la Terra, generando comfort diretto.

La vernice al grafene può essere applicata su qualsiasi superficie. Proprio per questo si stanno conducendo test, anche grazie alla collaborazione tra BeDimensional ed Estalia Coatings tramite il brand Franchi&Kim, mentre l’applicazione su pannelli in fibrocemento è stata realizzata presso il partner SIL (Società Italiana Lastre).

Le potenzialità attuali e le prospettive

L’innovazione del prodotto è reale. Si deve partire dal fatto che, come sottolineato da Pellegrini, «Bedimensional realizza un materiale, il grafene, che fino a qualche anno fa non esisteva. Pensiamo di essere i primi al mondo per qualità e quantità produttiva».

L’intento è di scalare la capacità produttiva dei materiali bidimensionali e di passare da quella odierna (3,5 tonnellate/anno) a più di 30 tonnellate/anno entro il 2027, anche grazie al sostegno finanziario della BEI (Banca Europea per gli Investimenti), che ha erogato 20 milioni di euro.

Questo finanziamento venture debt consentirà a BeDimensional di affermarsi nella produzione di innovativi cristalli bidimensionali, come il “grafene a pochi strati atomici” (Few-Layer Graphene – FLG) e il “grafene a pochi strati di nitruro di boro esagonale” (Few-Layer Hexagonal Boron Nitride).

Intervista a Vittorio Pellegrini, “l’uomo del grafene”

Bedimensional è nata nel 2016 nella sede dell’IIT, quando l’allora direttore del “Graphene labs”, il ricercatore Vittorio Pellegrini ha fondato ufficialmente la startup di cui era uno dei soci. Oggi la realtà è divenuta una Spa e lui ricopre il ruolo di amministratore delegato.

Studia da anni il grafene, le sue proprietà e potenzialità.

«Mi ha sempre interessato l’idea che, costringendo componenti costituenti fondamentali della materia, gli elettroni, a muoversi in due dimensioni in un materiale reale si potessero evidenziare dei fenomeni che non hanno una controparte nei materiali convenzionali. Stiamo parlando di fenomeni elettrici, fenomeni termici, come pure caratteristiche meccaniche. Questo affascina molto: togliamo una dimensione alla materia e accediamo a qualcosa che amplifica o fa scoprire delle proprietà nuove. Ecco, il passaggio cruciale è stato intuire che questa nuova opportunità bidimensionale apre a tecnologie che possono essere effettivamente usate. Questo materiale, integrato in una batteria può renderla più efficiente; in una vernice può produrre calore; nei tessuti può migliorare il comfort termico, può creare dei materiali più resistenti meccanicamente. Da qui è nata l’idea di esplorare non solo l’aspetto scientifico, ma anche l’aspetto industriale e commerciale».

Conduttivo e isolante, così i materiali 2D interessano l’edilizia

In edilizia, il grafene ha proprietà conduttive e anche isolanti?

«Il nitruro di boro, che produciamo, lo utilizziamo già all’interno delle vernici per migliorare l’isolamento termico. Una delle proprietà di questi cristalli è amplificare la conduzione del calore. Se viene integrato in una vernice, il grafene che conduce l’elettricità addirittura riscalda. Il nitruro di boro, che non conduce l’elettricità, una volta giunto il calore sulla vernice, può inibire la penetrazione del calore dall’esterno verso l’interno e migliorare la cessione del calore dall’interno verso l’esterno. Quindi, nel caso di un’applicazione indoor, il calore resta all’interno dell’ambiente».

L’elemento della sostenibilità

La sostenibilità è un altro valore in gioco. Quanto è centrale nella soluzione messa a punto? «Innanzitutto, va detto che il grafene è biocompatibile, tanto da essere usato, nel campo della ricerca biomedica, per le protesi nonché come materiale per la riconnessione dei tessuti, rappresentando una piattaforma ideale su cui cellule ricrescono in maniera molto efficiente. Inoltre, è biodegradabile. Esistono numerosi enzimi in grado di metabolizzare il grafene, traducendolo in atomi fondamentali. Queste proprietà non sono comuni nei materiali. A questo si aggiunge la grande disponibilità della materia prima da cui partire, la grafite. È disponibile in quantità abbondanti e pressoché ovunque sulla Terra a basso costo. Un ulteriore elemento di sostenibilità è dato dal fatto che la traduzione della grafite, tridimensionale, in fogli bidimensionali non solo amplifica le proprietà conduttive è un altro elemento di sostenibilità, perché può permettere di superare un eventuale limitato accesso alla grafite, nel caso di un prospettato aumento della richiesta, specie per le batterie».

FAQ Vernice al grafene

Cos’è il grafene?

Il grafene è un foglio di atomi di carbonio disposti a formare un reticolo esagonale. Ogni singolo foglio è spesso quanto un solo atomo, e quindi in confronto ha un’estensione laterale enorme, come un lenzuolo molto flessibile eppure resistente, spiega il CNR. Per questo si parla di grafene come di un materiale bidimensionale, in cui esistono solo le due dimensioni del piano.

La grafite (sua materia prima) è composta da tanti di questi fogli messi assieme uno sull’altro, e se consideriamo la grafite come un libro, il grafene è come una delle pagine che lo compongono.

Che proprietà ha?

Evidenzia eccellenti proprietà elettroniche e fisiche, è un eccellente conduttore di calore e di elettricità, è molto stabile meccanicamente: un singolo foglio di grafene, spesso quanto un solo atomo, può essere manipolato e deformato, resistendo a pressioni anche elevate. Può condurre elettroni più velocemente del silicio, come già accennato, e trasportare calore meglio del rame.

Dove può trovare applicazione?

Il grafene, grazie alle proprie caratteristiche, può trovare spazio in svariati settori, dalla biomedicina all’edilizia. BeDimensional, per esempio, considera il grafene e i cristalli 2D asset strategici per la competitività industriale dell’Europa in settori chiave come automotive, batterie, aerospazio, edilizia e tecnologie energetiche, dove questi materiali possono generare miglioramenti radicali in efficienza, durata e sostenibilità.

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