Il plasma, uno stato della materia ionizzato, ha rivoluzionato il mondo della tecnologia e del trattamento delle acque, offrendo soluzioni sostenibili alle sfide moderne attraverso design innovativi di reattori. Questo gas ionizzato, che contiene elettroni, ioni, atomi, molecole, radicali e fotoni, è spesso definito come il quarto stato della materia e permea tutto ciò che ci circonda. I plasmi, generati artificialmente trasmettendo energia a un gas, si trovano nelle lampade fluorescenti che illuminano le nostre cucine, ma hanno anche permesso ai dispositivi mobili di diventare sempre più piccoli.
Il plasma nella tecnologia
Il plasma è stato una vera e propria rivoluzione nel mondo della tecnologia. In passato, per incidere i circuiti sulle piastre di silicio utilizzate nei dispositivi elettronici come i telefoni cellulari, era necessario utilizzare prodotti chimici inquinanti. Ora, l’uso del plasma ha reso possibile eseguire questo processo in modo più pulito e preciso, consentendo di realizzare incisioni sempre più piccole e, di conseguenza, dispositivi sempre più ridotti nelle dimensioni.
Le applicazioni ambientali del plasma
Ma il plasma ha anche altre applicazioni, come il trattamento delle acque. I gruppi di ricerca FQM-136 Fisica dei Plasmi e FQM-346 Catalisi Organica e Materiali Nanostrutturati dell’Università di Cordoba hanno collaborato in uno studio di ricerca il cui scopo era l’eliminazione dei contaminanti presenti nell’acqua applicando il plasma per promuovere processi chimici.
Con l’obiettivo di affrontare il problema della crescente presenza di inquinanti organici nelle acque, come i coloranti e altri composti derivanti dalle attività agricole e industriali che destabilizzano gli ecosistemi, questi ricercatori hanno optato per l’applicazione del plasma.
Progressi nella decontaminazione dell’acqua
Nel 2017, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che i plasmi di argon indotti da microonde e aperti all’aria, quando agiscono sull’acqua, generano in essa specie reattive contenenti ossigeno e azoto (come radicali idrossilici, perossido idronoso, radicali di azoto) capaci di decontaminarla. Ora i ricercatori Juan Amaro Gahete, Francisco J. Romero Salguero e María C. García sono riusciti a progettare un reattore di questo tipo di plasma e ad aumentare significativamente le quantità di queste specie attive generate nell’acqua, rendendo così possibile la distruzione di elevate concentrazioni di coloranti (in questo caso, blu di metilene) in pochi minuti.
Innovazioni nel design del reattore a plasma
Questo è stato ottenuto modificando il design del surfatron, il dispositivo metallico che mescola l’energia da un generatore di microonde con il plasma per mantenerlo. “Quello che abbiamo fatto è stato posizionare un piccolo pezzo di silicio nel tubo di scarico di quarzo, consentendo di generare un plasma diverso, non filamentare e più efficiente nella creazione di specie attive quando interagisce con l’acqua,” ha spiegato la professoressa María C. García. I componenti del plasma menzionati, interagendo con l’acqua, generano specie ossidanti capaci di degradare composti organici e uccidere microorganismi, consentendo così l’uso di questo reattore a plasma in applicazioni legate al risanamento delle acque.
Questa nuova configurazione, quindi, amplia l’applicabilità di questo tipo di plasmi. “Il design cambia completamente la configurazione del campo elettromagnetico generato dal surfatron per creare il plasma, risultando in un plasma con proprietà diverse e più efficienti, eliminando anche il problema della filamentazione (la divisione della colonna di plasma in molti filamenti), che lo destabilizza,” ha spiegato la professoressa García.
Il futuro della decontaminazione al plasma
E poi… la decontaminazione. “Quelle specie ossidanti generate a causa dell’azione del plasma sono molto reattive e rendono possibile distruggere la materia organica all’interno dell’acqua,” ha continuato il professore Francisco J. Romero. Perché ciò avvenga, il plasma non viene introdotto nell’acqua. Piuttosto, viene fatto agire a distanza, in modo che tra l’acqua e il plasma ci sia una zona d’aria dove si verificano numerose reazioni a causa delle collisioni tra le specie eccitate e le molecole di ossigeno, azoto e vapore acqueo, e vengono generate “specie reattive che diffondono nel liquido e finiscono con i contaminanti”.
Il potenziale decontaminante di questo tipo di plasma, generato con questo nuovo design “è stato testato per ridurre elevate concentrazioni di colorante blu di metilene nell’acqua, con risultati molto efficienti in termini energetici, ottenendo l’eliminazione completa del colorante in tempi di trattamento ridotti,” ha affermato il ricercatore Juan Amaro.
Così, con questo lavoro si progredisce su una delle applicazioni del plasma, quel “quarto stato della materia” creato fornendo energia a un gas stabile e convertendolo in un gas ionizzato, applicabile a quasi tutto: dalla fabbricazione di microchip, alla disinfezione di superfici, alla guarigione di ferite, al deposito di rivestimenti antiriflesso su occhiali, al miglioramento della germinazione dei semi, al recupero di rifiuti, all’attivazione della superficie delle materie plastiche per ottenere una migliore adesione della vernice, e innumerevoli altre applicazioni.