Aerogelul – materialul minune al viitorului

Un pariu revolutionar

Materialele compozite sau cele obtinute prin diferite procedee tehnologice au dus, in mai putin de un secol, la o adevarata revolutie, adaugand betonului, metalelor si lemnului o sustinere nebanuita in industria constructiilor, a masinariilor si a dispozitivelor cele mai diverse. In perioada anilor ’30 ai secolului XX a aparut bachelita, obtinuta dintr-o rasina sintetica; peste o jumatate de secol a venit randul fibrei de carbon, pentru ca anii ’90 sa marcheze noua era a siliconul.

• Exoplaneta Trappist-1 b ar putea avea atmosferă, dezvăluie Telescopul Webb
• Inima celei mai vulcanice lumi din Sistemul Solar este mai solidă decât s-a crezut

Acum, savantii sunt preocupati de realizarea unui nou material, denumit aerogel, sau „fum inghetat”, despre care cred ca va revolutioana mersul multor domenii de activitate. Totusi, chiar daca numai recent a fost adus in atentia publica, conceptul care sta la baza acestui material extrem de apreciat, nu este unul nou. Primul care a incercat sa creeze aerogelul a fost chimistul american Steven Kistler, in 1931, in urma unui pariu excentric facut cu un coleg de bransa, in incercarea de a inlocui lichidul dintr-un jeleu, cu gaz, fara a modifica proportiile initiale ale gelului. Kistler a incalzit jeleul, a evaporat apa si celelalte componente lichide din structura sa si a introdus in locul lor metanol. A inventat astfel un precursor al actualului aerogel, un soi de fum inghetat, ultrausor si foarte rezistent in raport cu densitatea sa. Totusi, din pricina costurilor foarte ridicate necesare producerii acestui material, nimeni nu a fost atras de inovatie, iar reusita va fi data uitarii pentru mai multe decenii.

Chimistul Steven Kistler, parintele misteriosului „fum inghetat”

Magia golurilor

Saptezeci de ani mai tarziu, in anul 2000, oamenii de stiinta din cadrul NASA au pus bazele unui proiect care necesita utilizarea unui material foarte usor si in acelasi timp foarte rezistent din punct de vedere termic, dar care nu exista propriu-zis. Acest eveniment readuce in scena vechea descoperire a lui Kistler, pe care cercetatorii americani o studiaza amanuntit si o perfectioneaza. Ei adauga „fumului inghetat” oxid de aluminiu si siliciu si inlocuiesc inflamabilul metanol cu bioxid de carbon. Acest lucru a dat aerogelului de astazi aspectul unei bucati de sticla, cu un interior „aerat”, abundent in bule. In ciuda denumirii, este vorba despre un material perfect uscat, total diferit de gelul clasic, foarte elastic si extrem de rezistent la socuri si variatii mari de temperatura. Aerogelul este un izolator termic remarcabil, pentru ca reduce aproape de anulare cele trei cai de transfer ale caldurii, convectia, conductia si radiatia.

Desi, la origine, materialul este hidrofil, prin intermediul unui tratament chimic, el poate fi convertit la hidrofobie; se topeste numai la temperaturi de peste 1200 grade Celsius, are o conductibilitate apropiata de zero si este considerat materialul solid cu cea mai mica densitate posibila, continand aer in proportie de 99,8%. Un centimetru cub din aerogel cantareste 3 miligrame, putin mai mult decat aerul, iar dimensiunea totala a golurilor din interiorul sau este similara cu cea a unui teren de fotbal, aproximativ 7000 metri patrati. Mai mult de atat, un burete de aerogel de numai doua grame poate sustine greutatea unei caramizi de 2.5 kilograme.

Pana acum, inginerii i-au gasit acestui material intrebuintari in izolarea conductelor de petrol, iar cizmarii in confectionarea branturilor pentru incaltaminte. Alpinista britanica Anne Parmenter a escaladat muntele Everest fiind incaltata cu ghete captusite cu un strat subtire de aerogel. Declaratia sa de dupa expeditie a sunat astfel: „Singura problema a fost ca mi-era foarte cald la picioare, ceea ce, de fapt, nu este o problema atunci cand esti alpinist”. De asemenea, compania Hugo Boss a testat si ea calitatile aerogelului pentru o linie de geci de iarna, dar acestea au fost rapid retrase din circulatie, deoarece cumparatorii s-au declarat incomodati de faptul ca erau mult prea calduroase.

Promisiunea unei lumi mai bune

Acestea sunt, insa, numai cateva exemple sarace ale posibilitatilor de intrebuintare a aerogelului. Specialistii considera ca potentialul materialului este aproape nelimitat, fiind de parere ca s-ar putea gasi aplicatii ale acestuia in majoritatea domeniilor si activitatilor umane. Pentru ca absoarbe complet radiatiile infrarosii, el va permite construirea unor cladiri sau incinte care sa permita accesul luminii solare in interiorul lor, fara a tolera insa si schimbarile termice. Inserarea unui strat de aerogel in peretii exteriori ai caselor si in compozitia gemurilor ferestrelor, ne va scapa atat de caldura torida a verii si de figul sezonului rece, cat si de aparatura electrocasnica mare consumatoare de energie electrica, asa cum sunt aparatele de aer conditionat. Este lesne de intuit ca montarea unui acoperis transparent ce permite patrunderea intregului spectru de lumina fara vreun pic de caldura va reprezenta un salt urias din punct de vedere al eficientei energetice.

De asemenea, multumita aerogelului modificat prin adaos de sulf sau seleniu, chiar unele catastrofe ecologice vor putea fi evitate. De exemplu, urmarile dezastruoase ale unor deversari accidentale de produse petroliere in apele marilor si oceanelor ar putea fi cu succes anulate, prin exploatarea uriasei capacitati a aerogelului de a absoarbe metalele grele, de tipul mercurului, din mediul acvatic. Particule de aerogel raspandite pe rauri si lacuri ar avea capacitatea de a atrage metalele grele din ape si, deci, de a curata mediul. Chimistul american Mercouri Konatzidis a dovedit acest lucru, demonstrand ca particulele de aerogel au adus o solutie infectata cu mercur, de la 645 parti mercur la un milion parti apa, la doar 0,04 parti mercur pentru un milion parti de apa; o agresivitate simila prezinta aerogelul si in cazul mediilor incarcate cu plumb, cadmiu si sulf.

Fumul a ajuns in spatiu!

Fireste ca domeniul astronauticii, explorarea spatiului cosmic, activitate din ce in ce mai fulminant practicata de catre specialisti, nu ar avea cum sa faca rabat de la intrebuintarea unui material cu proprietati atat de remarcabile, mai ales cand, aceasta a fost si ratiunea principala a formarii lui. Si aici, intrebuintarile isi gasesc locul in cele mai diverse directii. NASA foloseste deja aerogelul pentru izolarea termica a costumelor astronautilor; un strat de 18 mm din material asigurand protectia impotriva frigului la temperaturi de pana la minus 150 grade Celsius.

Proprietatile unice ale aerogelului au determinat, de asemenea, alegerea acestui material pentru captarea prafului de comete. Particulele din componenta acestora, circuland prin vid cu viteze de pana la 20.000 km/ora, s-ar distruge instantaneu la impactul cu un oricare alt tip de suprafata sau ar ricosa in afara sa. De altfel, metoda a si depasit granitele teoretice, sonda spatiala „Stardust” a colectat deja, in timpul unei misiuni spatiale din anul 2004, astfel de particule din cometa Wild 2, care ii vor ajuta pe cercetatori sa inteleaga mai bine natura materiei din care s-a format Sistemul Solar. Aceasta, deoarece, spre deosebire de planete, cometele au evoluat foarte putin de la geneza si pana astazi.

Particularitatile aerogelului nu pot fi neglijate nici in privinta sigurantei fizice, in fata unor evenimente capabile de ranirea sau anihilarea oamenilor. Un strat de numai 8 mm de aerogel poate asigura supravietuirea in fata exploziei apropiate a unui kilogram de dinamita si a unui soc termic ce degajeaza o caldura de peste 1000 grade Celsius. „Este un material absolut fantastic. Acest „fum inghetat” si-a gasit utilitatea in aproape orice domeniu, de la filtrarea apei poluate, la prelucrarea bijuteriilor si fabricarea rachetelor de tenis”, spune Mercouri Kanatzidis, profesor de chimie la Universitatea Evanston, din Illinois. Daca are la baza platina, aerogelul poate fi utilizat, se pare, si pentru producerea de combustibili alternativi, pe baza de hidrogen.

Inca mai mult, procesat prin metode speciale, aerogelul se poate dovedi util si pentru desalinizarea apei de mare. Si inca un atribut de uriasa perspectiva, dupa parerea chimistei Margerie Longo de la Universitatea din California: sub forma de membrana celulara, poate fi facut sa circule prin vasele de sange si, datorita uluitoarelor sale proprietati, ne poate face sa intelegem mai bine procesele moleculare din corpul omenesc. Daca mai adaugam ca este bun conducator de electricitate si ca este capabil sa inmagazineze energie solara (precum celulele fotovoltaice), intelegem ca aerogelul se prezinta chimistilor si inginerilor preum un material de uriasa speranta.

Orice minune are si… lacune

Densitatea sa este de 800 de ori mai mica decat cea a unei bucati de sticla de aceeasi marime. Aerul este repartizat in pori invizibili cu ochiul liber, dar ponderalitatea extrem de redusa are si un revers: materialul este fragil, astfel ca se farama chiar si numai daca cineva doreste sa-l tina intre degete. Totusi, numai actual pretul ridicat face ca aerogelul sa fie considerat, inca, un material inaccesibil si exotic. Pare, insa, inevitabil ca noua „vedeta” a „materialistilor” sa devina, rapid, una dintre uneltele de baza ale ecologistilor si ale omenirii in general, dupa fabricarea sa industriala. Guinness Book a recunoscut faptul ca NASA a creat cel mai usor material solid, prin contributia uriasa a doctorului Steven Jones de la Laboratorul „Jet Propulsion Laboratory” din cadrul agentiei spatiale americane.

„Este foarte putin probabil sa se inventeze un material mai usor decat aerogelul, pentru ca nu s-ar putea intari. Moleculele de silicon nu s-ar putea uni intre ele. De asemenea, nu poate fi mai usor decat densitatea aerului, 1,2 miligrame per centimetru cub, pentru ca aerogelul este plin cu aer”, a explicat cercetatorul de la NASA. Totusi, pentru ca oamenii de stiinta nu au odiha – pe baza matricei aerogelului, au mai fost create cateva variatiuni, care ii imita in general caracteristicile, dar i le si modifica sau sporesc. Este vorba despre materiale ca: nanogelul, sol gelul, hidrogelul, xerogelul, seagelul sau chalcogelul, si acestea, probabil, promisiuni ale unei vieti mai bune in viitor. Cum va evolua povestea materialului-minune vom vedea in deceniul urmator.

SPUNE-TI PAREREA! Care crezi ca vor fi cele mai folosite intrebuintari ale miraculosului material? Ce parere ai despre acest articol?

CITESTE SI:

• Fibrele sintetice vor fi inlocuite de materiale ecologice din deseuri
• Hainele viitorului se vor spala singure
• Vopseaua care „isi repara” singura zgarieturile
• Cea mai usoara sticla din lume
• Parfumurile naturale din laboratorul de chimie