> FocusUnimore > numero 37 – giugno 2023
The MAVERICS project
The strategic research project called “MAteriali VERdi Intelligenti dalla Chimica per la Sostenibilità” (MAVERICS) (intelligent green materials from chemistry for sustainability), developed by the University of Modena and Reggio Emilia (Unimore) focuses on current challenges related to environmental conservation, such as global warming, decarbonisation of production processes and clean energy production. The main objective of the project is to replace traditional plastics with materials that have no negative impact on the environment and the health of living systems and ecosystems. This requires a paradigm shift involving the use of room-temperature processes and raw materials from renewable sources, the use of environmentally friendly catalysts, the use of bio-based precursors and the use of enzymes, bacteria and other microorganisms for the synthesis of materials. The project also includes the design of devices for the Internet of Things (IoT) with carbon-neutral materials. Furthermore, the importance of assessing the impact of materials on the environment and adopting ethical and environmentally friendly criteria in the design of materials and products is considered. The MAVERICS project aims to create a research, training and education ecosystem integrating chemical, biological and digital technologies to design and manufacture polymeric materials in response to environmental challenges. The proposal is a collaboration between three departments of the university and has the potential to involve other research areas related to the environment, the circular economy, materials engineering and ecology. The ultimate goal of the project is to transform materials from simple passive “products” into active “tools” that communicate, learn and remain useful throughout their life cycle, thus becoming an integral part of our ecosystem.
La Chimica è centrale per la sostenibilità, la transizione energetica, l’economia circolare, per le tecnologie per la tutela e il risanamento dell’ambiente. Il cambio di paradigma dalla chimica tradizionale, orientata al prodotto, alla Chimica Verde e Sostenibile, che guarda all’intero ciclo di vita del prodotto, dalla natura e provenienza di risorse all’utilizzo dell’energia, è quantomai attuale. La Chimica ha inoltre un ruolo centrale nell’educazione all’utilizzo corretto dei prodotti in tutto il ciclo di vita e può contribuire fattivamente a formare l’etica del cittadino, della società e della politica.
Il problema dell’inquinamento da microplastiche, assieme alla persistenza nell’ambiente e all’accumulo nell’ecosistema, rende cogente il problema di sostituire le plastiche con materiali altrettanto performanti ed economici, ma senza impatto negativo sull’ambiente.
Il progetto di ricerca strategica di Unimore “MAteriali VERdi Intelligenti dalla Chimica per la Sostenibilità” – MAVERICS nasce nel contesto delle sfide odierne per la conservazione dell’ambiente: dal contenimento del riscaldamento globale, alla decarbonizzazione dei processi produttivi, dalla produzione di energia, di acqua e aria pulite.
In questo ambito, la sostituzione di materiali plastici tradizionali con materiali non impattanti sull’ambiente e sulla salute dei sistemi viventi e degli ecosistemi è prioritaria. Questo obbiettivo è ambizioso e complesso, in quanto implica un cambio di paradigma: la sostituzione di processi ad alta energia con processi a temperatura ambiente e con materie prime da sorgenti rinnovabili; l’utilizzo di catalizzatori contenenti metalli ampiamente disponibili e a basso impatto ambientale nei processi di sintesi e funzionalizzazione di polimeri; l’utilizzo di precursori bio-based per la sintesi di monomeri alternativi a quelli tradizionalmente utilizzati nella sintesi di poliesteri e resine epossidiche; l’utilizzo di enzimi, batteri e altri microorganismi, per sintetizzare materiali e fine chemicals; la trasformazione di commodities a basso valore aggiunto in specialties grazie al conferimento di funzionalità e intelligenza; la produzione di nuovi dispositivi per Internet of Things (IoT) con materiali a zero impatto ambientale e tecnologie additive; la valutazione dell’impatto dei materiali rilasciati nell’ambiente e le tecnologie di risanamento; l’adozione di life cycle analysis e criteri etici e di rispetto ambientale nella progettazione di un nuovo materiale e/o prodotto.
“La complessità inerente motiva l’utilizzo di nuovi strumenti offerti delle tecnologie digitali e dell’intelligenza artificiale per progettare materiali in cui non solo le proprietà e l’applicazione sono centrali, ma l’intera “vita” del materiale e dei suoi prodotti. Alla frontiera di questo campo di convergenza– spiega il prof. Fabio Biscarini – tra tecnologie chimiche e digitali si collocano materiali, dispositivi e circuiti neuromorfici, capaci di imparare ed evolvere nelle loro proprietà mediante training ed esperienza, e capaci su questa base di compiere operazioni logiche autonome”.
La visione di MAVERICS è un ecosistema di ricerca, formazione e didattica rivolto a progettare e realizzare materiali, soprattutto di natura polimerica, che rispondano ai requisiti imposti dalle grandi sfide ambientali, integrando tecnologie chimiche, biologiche, e digitali.
“Occorre rimarcare che la Ricerca è cruciale nelle innumerevoli applicazioni e segmenti di mercato ad alto valore aggiunto – prosegue il prof. Fabio Biscarini-. Esempi includono i polimeri per dispositivi biomedicali, elettronica di consumo, automotive, applicazioni nell’ambito di IoT e intelligenza distribuita. Nuovi polimeri, funzionali e dotati di “intelligenza” e adattabilità, richiedono l’implementazione di sensori ottenuti con analoghi criteri di sostenibilità di processo e materiali, e di tecnologie digitali, a cominciare dall’intelligenza artificiale, che possono velocemente elaborare e scambiare quantità enormi di dati, coadiuvare l’attuazione tramite feedback, o essere utilizzate per abbreviare considerevolmente la progettazione e sviluppo del materiale”.
Per questo la proposta nasce dalla sinergia tra tre dipartimenti, Scienze della Vita, con il prof. Fabio Biscarini, come coordinatore, Scienze Chimiche e Geologiche, con la prof.ssa Francesca Parenti, e Fisica, Informatica e Matematica, con il prof. Marko Bertogna. MAVERICS ha il potenziale per includere altre aree di ricerca in Ambiente, Economia Circolare, Ingegneria dei Materiali ed Ecologia.
“L’ambizione di MAVERICS – conclude il prof. Fabio Biscarini – è cambiare il modo in cui materiali sono concepiti e sfruttati, da “prodotti”, spesso passivi e con vita di durata limitata, a “strumenti” attivi con cui comunicare, a cui insegnare e da cui apprendere, e che rimangono utili attraverso tutto il loro ciclo di vita, quindi materiali che diventano parte integrale del nostro ecosistema”.
Ricadute formative: Laurea in Chimica Verde e Sostenibile
La laurea triennale in Chimica Verde e Sostenibile sulla sede di Mantova per l’A.A. 2024-2025 è in fase di costruzione dopo avere ricevuto nel dicembre 2022 dal MUR un finanziamento di ca 2 M€ per Unimore, nell’ambito di un accordo di programma che coinvolge Unimore, PoliMi, UniBS. Il Corso di Laurea Triennale in Chimica Verde e Sostenibilità rappresenta il naturale recipiente dove trasmettere i principi, la conoscenza e le idee innovative prodotte dalla linea strategica di Ateneo espressa nel progetto MAVERICS. Il contenuto didattico del corso sarà orientato verso insegnamenti in Chimica Verde, Chimica e tecnologia dei materiali polimerici sostenibili, Chimica Ambientale, Fisica, Matematica e Applicazioni dell’Intelligenza Artificiale in Chimica Verde e sarà caratterizzato da una forte integrazione con l’attività di ricerca e con le esigenze formative dell’industria del territorio. Tra le aziende che hanno mostrato interesse nei confronti delle figure professionali che il nuovo corso intende fornire si citano, come esempio, Versalis, Marcegaglia, e Sapio.
Ricadute terza missione
Il progetto ha sicuramente il potenziale di ridurre la distanza tra mondo della ricerca e Società, una delle priorità individuate dal Piano Strategico di Ateneo, in quanto molte delle tematiche sviluppate si prestano ad azioni di Public Engagement. Attraverso un’opera sistematica e pianificata di disseminazione e sensibilizzazione si potranno raggiungere sia stakeholders professionali (dall’industria dei polimeri, a quella della trasformazione e fornitori; associazioni industriali, artigianali e operatori del settore agricolo e alimentare) che Società (cittadinanza; comitati di interesse; politici locali e regionali). L’innovazione contenuta nel progetto prelude a una potenziale vigorosa attività di protezione della proprietà intellettuale generata, e quindi creare le condizioni favorevoli alla creazione di startup innovative sul territorio.