Nanomateriali dagli scarti del riso: batterie e supercondensatori più sostenibili

La ricerca italiana punta a trasformare gli scarti della coltura del riso, la lolla di riso, in nanomateriali utilizzabili per la produzione di batterie e supercondensatori: dispositivi in grado di immagazzinare energia elettrica con ricariche rapide e lunga durata, impiegabili nei veicoli elettrici, nel trasporto pubblico, nei dispositivi elettronici e nelle reti energetiche.

Il progetto è sviluppato in collaborazione tra il ENEA, la Sapienza Università di Roma e il Politecnico di Torino, con i primi risultati resi noti su riviste scientifiche internazionali come Molecules e Journal of Energy Storage.

I primi risultati

Gli esperimenti condotti dal gruppo di ricerca mostrano che è possibile ricavare due materiali nanostrutturati promettenti per dispositivi di accumulo elettrochimico: gli aerogel di carbonio e i quantum dots di grafene, ottenuti a partire dalla cellulosa presente in biomasse facilmente reperibili.

ENEA ha dichiarato:

“I primi risultati indicano che i futuri dispositivi di accumulo potranno avvalersi di aerogel di carbonio e quantum dots di grafene, entrambi derivati da materiali biologici e nanostrutturati per migliorare le prestazioni.”

Annalisa Aurora ha dichiarato:

“Gli aerogel di carbonio hanno evidenziato una stabilità elettrochimica elevata, consentendo la realizzazione di dispositivi efficienti e duraturi. I quantum dots di grafene, invece, sono in grado sia di accumulare cariche superficiali sia di intercalare ioni di litio, mostrando potenzialità come materiali anodici per sistemi avanzati di accumulo.”

Questi risultati preliminari suggeriscono che l’adozione di biomasse come materia prima può contribuire a rendere i materiali per l’accumulo energetico più sostenibili, favorendo al contempo proprietà funzionali — come conducibilità e capacità di immagazzinamento — tipiche di materiali carboniosi nanostrutturati.

La cellulosa della lolla di riso

Per ottenere l’aerogel di carbonio impiegato nello studio, la cellulosa estratta dalla lolla di riso è stata sottoposta a processi di gelificazione, essiccazione e successiva carbonizzazione. Il risultato è un materiale altamente poroso, spesso descritto come una “spugna solida”, con oltre il 90% della sua struttura costituita da aria: caratteristiche che lo rendono estremamente leggero ma stabile dal punto di vista elettrochimico.

ENEA ha spiegato:

“L’aerogel è composto essenzialmente da carbonio, un elemento ampiamente impiegato nei dispositivi elettrochimici sotto forma di grafite o hard carbon. Nelle sue configurazioni nanostrutturate — come grafene, ossido di grafene, nanotubi e quantum dots — il carbonio può migliorare la conducibilità elettrica e le proprietà di accumulo.”

La trasformazione delle biomasse in materiali avanzati unisce aspetti di ricerca fondamentale e sviluppo tecnologico: da un lato richiede l’ottimizzazione dei processi chimico-fisici per ottenere strutture porose controllate, dall’altro implica la valutazione delle prestazioni in termini di capacità, potenza, stabilità ciclica e sicurezza per applicazioni reali.

Dal punto di vista industriale, la disponibilità diffusa di scarti agricoli come la lolla di riso apre scenari interessanti per l’economia circolare, riducendo la dipendenza da materie prime non rinnovabili e valorizzando sottoprodotti. Tuttavia, la scalabilità dei processi, i costi di produzione e l’integrazione nei cicli produttivi esistenti richiedono ulteriori studi e sperimentazioni pilota.

I prossimi passi della ricerca prevedono prove su larga scala, analisi approfondite delle prestazioni in celle prototipo e valutazioni ambientali e di costo per determinare la fattibilità commerciale delle soluzioni proposte.