All’inizio della transizione energetica non ci sono pale eoliche, pannelli solari o batterie al litio. Ci sono atomi. Strutture invisibili, superfici progettate al nanometro, reazioni chimiche che decidono se un’innovazione resterà un prototipo o diventerà infrastruttura. È lì, nel cuore della materia, che si gioca una parte decisiva della sfida climatica. Lo Spoke 9 “Energy – Sustainable Advanced Materials” della Fondazione NEST, lavora proprio su questo confine: trasformare la ricerca sui materiali in tecnologie capaci di rendere più efficienti i dispositivi energetici, ridurne l’impronta di carbonio e generare benefici ambientali ed economici lungo tutta la filiera. L’obiettivo è sviluppare materiali con composizione, struttura e morfologia controllate, ottimizzandone le proprietà funzionali e prolungando la vita utile dei sistemi in cui vengono impiegati.
Il percorso passa dallo sviluppo di protocolli di sintesi green, per ridurre l’impatto ambientale dei processi produttivi e limitare l’uso di materie prime critiche, fino all’adozione di tecniche avanzate di caratterizzazione chimica, strutturale e funzionale. Strumenti che permettono di osservare i materiali mentre lavorano, di comprenderne le dinamiche di degrado e di migliorarne le prestazioni.
Ne abbiamo parlato con Simona Barison, ricercatrice senior presso ICMATE – Institute of Condensed Matter Chemistry and Technologies for Energy del CNR e coordinatrice dello Spoke 9
Dottoressa Barison, in che modo lo sviluppo di materiali avanzati sostenibili può sostenere la transizione energetica?
I materiali rappresentano un elemento fondamentale per la transizione energetica. Ogni tecnologia, dalle rinnovabili allo stoccaggio, richiede materiali sempre più efficienti, stabili e sostenibili. Lo dimostra il caso del fotovoltaico, dove negli ultimi anni la ricerca ha portato a un aumento continuo delle efficienze, raggiungendo risultati che fino a poco tempo fa sembravano irraggiungibili. Lo stesso vale per le batterie, oggi più performanti, sicure e durature grazie allo sviluppo di nuovi materiali.
Ci fa un esempio di come la ricerca sui materiali stia già abilitando nuove tecnologie energetiche?
La ricerca sui materiali non si limita al miglioramento delle tecnologie esistenti, ma abilita anche nuove tecnologie energetiche e ne accelera l’ingresso sul mercato. Tecnologie come il sequestro della CO₂, la produzione di e-fuels attraverso processi di fotocatalisi o elettrocatalisi, la produzione di idrogeno verde e molti altri sistemi emergenti stanno rapidamente maturando proprio grazie all’identificazione e all’ingegnerizzazione di materiali sempre più efficienti e stabili.
Quali sono le principali sfide nel creare materiali ad alte prestazioni, ma a basso impatto ambientale?
Una delle sfide scientifiche più importanti riguarda la sostenibilità dei materiali: non solo lo sviluppo di processi produttivi meno impattanti o di sistemi di riciclo più efficienti, ma anche la riduzione dell’uso di materie prime critiche strategiche.
Quanto pesa la dipendenza da queste materie prime nel rallentare la transizione energetica?
La transizione verso un sistema basato sulle fonti rinnovabili è molto più intensa, in termini di consumo di minerali e metalli, rispetto a un sistema fondato sui combustibili fossili. Molti dei materiali oggi alla base della transizione sono stati classificati dalla Commissione Europea come “materie prime critiche strategiche”, in base al rischio di approvvigionamento, all’importanza per l’economia UE e alle prospettive di crescita della domanda. La sfida, quindi, è sviluppare nuovi materiali che ne riducano l’utilizzo o aumentare l’efficienza di quelli esistenti per limitarne il consumo complessivo.
Qual è un caso emblematico?
Un esempio significativo è quello dei magneti permanenti, essenziali per tecnologie come le turbine eoliche, che oggi contengono elevate quantità di materie prime critiche. A questo si aggiunge una sfida tecnologica decisiva: il passaggio dal materiale al mercato, che richiede metodi di produzione realmente scalabili, in grado di consentire una rapida validazione e un efficace scale-up industriale.
In un panorama europeo che investe sui materiali avanzati, come si posiziona la ricerca italiana?
L’Europa sta rafforzando in modo deciso il proprio impegno sui materiali avanzati attraverso iniziative strategiche come l’Advanced Materials Act. La ricerca italiana sui materiali avanzati si colloca in una posizione solida, con competenze scientifiche riconosciute e una presenza crescente nelle iniziative europee, ma presenta ancora criticità strutturali che ne limitano visibilità e competitività rispetto ai Paesi più forti dell’UE. Oltre al PNRR, esistono finanziamenti nazionali come Mission Innovation o quelli del MASE per la Ricerca di Sistema Elettrico, ma resta molto da fare per competere e per evitare la frammentazione.
Come si posiziona NEST, con le sue peculiarità, in questo scenario?
NEST e la sua Fondazione si pongono proprio l’obiettivo di superare questa frammentazione. Grazie al coordinamento delle principali università ed enti di ricerca attivi nella transizione energetica, NEST è in grado di valorizzare la rete di competenze nazionali, creare network, rafforzare il dialogo con il mondo industriale e supportare la partecipazione alle iniziative nazionali ed europee. In ambito materiali, NEST può rappresentare il motore per la definizione di una roadmap italiana sui materiali avanzati, obiettivo auspicato da diversi enti e organizzazioni.
Quali sono i risultati più rilevanti ottenuti dallo Spoke 9?
In ambito modellazione sono stati compiuti passi importanti nello screening computazionale di nuovi materiali, ad esempio per individuare composizioni promettenti da investigare in settori come quello dei superconduttori, e nella comprensione dei fenomeni che ne regolano il funzionamento. Sono stati inoltre sviluppati nuovi materiali, mai investigati prima, con proprietà estremamente promettenti in ambiti come la catalisi ed elettrocatalisi, la fotocatalisi, la produzione di idrogeno verde ed e-fuels, la cattura della CO₂ e altri settori emergenti.
Quali processi di sintesi green e di recupero e riuso vi sembrano più promettenti?
Nello Spoke 9 abbiamo identificato diversi processi di sintesi green e di recupero e riuso di materiali: ad esempio l’uso di prodotti da scarto di biomasse per catalizzatori, oppure il reimpiego di materiale derivante dal riciclo delle batterie per la produzione di elettrodi.
Avete lavorato anche su tecnologie innovative di produzione: su cosa state innovando di più?
Abbiamo sviluppato numerose tecnologie innovative di produzione di materiali, come materiali 2D o multi-layer e diverse tipologie di nanostrutture, ampliando così le possibilità applicative.
Come fate a verificare se questi materiali funzionano davvero?
Una parte importante riguarda la caratterizzazione dei materiali sviluppati. In particolare, sono state introdotte tecniche avanzate di analisi durante il funzionamento (in-operando), che permettono di studiarne il comportamento in tempo reale. Abbiamo inoltre impiegato tecniche in grado di osservare fenomeni con una risoluzione temporale estremamente elevata, dell’ordine dei picosecondi, rendendo possibile comprendere con maggiore precisione i meccanismi di attività e degrado.
Quali percorsi di collaborazione state esplorando con le industrie?
Grazie ai finanziamenti dei bandi a cascata, alcune aziende sono entrate nel partenariato dello Spoke 9, contribuendo ad ampliare e focalizzare le attività di ricerca. Alcune si sono concentrate sui processi di scale-up per la produzione di nanomateriali, valutandone la trasferibilità su scala industriale. Altre hanno lavorato allo sviluppo di nuovi dispositivi per testare la funzionalità dei materiali e delle tecnologie emergenti.
A che punto è la transizione energetica in Italia?
La transizione sta progredendo, ma non ancora al ritmo necessario per rispettare gli obiettivi di neutralità climatica. Nel 2025 le emissioni sono tornate a crescere e le rinnovabili hanno registrato un rallentamento. A metà 2025, l’indice ENEA ISPRED risulta in calo di oltre il 25% rispetto all’anno precedente.
Quali sono i principali ostacoli?
Gli ostacoli sono diversi e si intrecciano. Sul piano culturale pesano le resistenze al cambiamento e la disinformazione. Su quello finanziario incidono i costi iniziali elevati e i prezzi dell’energia più alti rispetto al resto d’Europa. Sul piano strumentale pesano un’eccessiva burocratizzazione e iter autorizzativi spesso lenti. Vivo a Padova, una delle 100 città selezionate dalla Commissione Europea per raggiungere la neutralità climatica entro il 2030, e questo mi permette di osservare da vicino quanto siano grandi gli sforzi, e i finanziamenti, necessari per centrare questi obiettivi.