Molteplici cenosfere, molte applicazioni

Anche se forse non lo sapete, il mondo moderno ha molti motivi per essere grato alle cenosfere.

Pochi conoscono la loro esistenza, e ancora meno sanno da dove provengono. Tuttavia, una rapida occhiata a Wikipedia, la fonte per eccellenza, informerà i meno esperti che "una cenosfera è una sfera cava, leggera e inerte, composta principalmente da silice e allumina e riempita d'aria o gas inerte, tipicamente prodotta come sottoprodotto della combustione del carbone nelle centrali termoelettriche. Il colore delle cenosfere varia dal grigio al quasi bianco e la loro densità è di circa 0,4-0,8 g/cm³ (0,014-0,029 lb/cu in), il che conferisce loro un'elevata galleggiabilità."

Tuttavia, questa descrizione non rende giustizia alla vera bellezza di queste minuscole, ma potenti, sfere di cenere volante. La loro vera forza risiede infatti nella versatilità dei loro utilizzi. Come afferma la rivista francese di settore Industrie & Technologies, "Grazie alla loro bassa densità, alle piccole dimensioni, alla forma sferica, alla resistenza meccanica, all'elevata temperatura di fusione, all'inerzia chimica, alle proprietà isolanti e alla bassa porosità, le microsfere [note anche come cenosfere] trovano un'ampia gamma di applicazioni nell'industria. In particolare, [sono ideali] per rinforzare i materiali o conferire proprietà di resistenza alla corrosione, isolamento termico e acustico a rivestimenti o vernici. Possono essere definite cariche multifunzionali e si integrano bene in resine e leganti come termoplastici e termoindurenti."

Cenosfere nelle pitture e nei rivestimenti

Le cenosfere trovano numerose applicazioni nell'industria delle vernici e dei rivestimenti industriali, grazie alle proprietà aggiuntive che offrono. Ad esempio, vengono spesso utilizzate nei rivestimenti per controllare la radiazione infrarossa, conferendo a tali rivestimenti un vantaggio rispetto a quelli che si limitano a limitare la conduttività termica.

Nel frattempo, gli esperti di rivestimenti di Petra Buildcare Products spiegano come le cenosfere "...migliorino la qualità della vernice aumentando il volume e la densità del prodotto. Dopo l'applicazione sulla parete, le microsfere di ceramica tendono a restringersi, creando così una pellicola compatta sulla parete."

Cenosfere in schiume sintattiche

Le cenosfere sono spesso utilizzate per realizzare le "schiume sintattiche". Si tratta di materiali solidi speciali che impiegano le cenosfere come riempitivo per offrire una serie di vantaggi, dal costo inferiore alla maggiore resistenza, all'isolamento acustico, alla galleggiabilità e alla protezione termica.

Gli esperti di Engineered Syntactic Systems descrivono la schiuma sintattica nel seguente modo:

Il termine "sintattico" si riferisce alla struttura ordinata fornita dalle sfere cave. Il termine "schiuma" indica la natura cellulare del materiale. Grazie alle sue proprietà uniche di elevata resistenza a bassa densità, la schiuma sintattica è ampiamente utilizzata nelle applicazioni di galleggiamento sottomarino. I materiali sintattici sono resistenti all'effetto combinato della pressione idrostatica e dell'esposizione prolungata, il che li rende ideali per progetti di navigazione oceanica come galleggianti per cavi e sfere rigide e supporti per la strumentazione. Offrono inoltre resistenza e integrità strutturale con un peso per volume significativamente inferiore rispetto alla maggior parte dei materiali tradizionali, il che li rende una scelta interessante in molte applicazioni di ingegneria civile e della difesa.

Cenosfere nelle trivellazioni petrolifere

Per comprendere l'importanza spesso sottovalutata delle cenosfere, basta guardare al ruolo fondamentale che svolgono nell'industria petrolifera. Infatti, sebbene tutti conoscano l'importanza del petrolio nel mondo moderno, è poco noto che le cenosfere, come afferma la rivista francese di settore Industrie & Technologies, "...vengono utilizzate da diversi anni nel campo delle trivellazioni petrolifere per ridurre la densità di una pasta di cemento petrolifero senza aumentarne il contenuto d'acqua".

Cenosfere nelle materie plastiche e nei polimeri

Le cenosfere trovano impiego anche nella produzione di materie plastiche e polimeri, poiché la loro capacità di rimodellarsi o la loro resistenza contribuiscono a evitare il restringimento nei materiali termoplastici e termoindurenti.

Vengono inoltre utilizzati nei moderni materiali compositi dell'industria automobilistica. Ad esempio, la Chevrolet Corvette del 2016 contiene un "composto per stampaggio a foglio in cui le microsfere di vetro sostituiscono il riempitivo di carbonato di calcio e riducono di 9 kg il peso del modello Stingray Coupé della vettura sportiva". Il vicepresidente del produttore, Continental Structural Plastics Inc., Probir Guha, spiega il motivo dell'inclusione delle microsfere di vetro nel composito, affermando che "la formula tipica dell'SMC per questo tipo di applicazione veicolare comprende il 20% in volume di rinforzo in fibra di vetro, il 35% di resina e il 45% di riempitivo, solitamente carbonato di calcio", aggiungendo che "questo nuovo SMC [composto per stampaggio a foglio] è competitivo in termini di costi con l'alluminio".

Cenosfere in cemento

Da anni, le cenosfere sono un utile additivo per il calcestruzzo, in grado di fornire maggiore resistenza e/o isolamento acustico, riducendone al contempo la densità. Jeff Girard, presidente del Concrete Countertop Institute, spiega questi vantaggi affermando: "In teoria, le cenosfere possono sostituire parte della sabbia di peso normale utilizzata nel calcestruzzo. Le cenosfere hanno una densità inferiore a quella dell'acqua (in media 0,7 contro 1,0); le particelle di sabbia di quarzo hanno in genere una densità di circa 2,65. Ciò significa che 1 libbra di cenosfere occupa lo stesso volume assoluto di circa 3,8 libbre di sabbia."

La rivista Industrie & Technologies illustra anche l'utilizzo delle cenosfere come mezzo per ridurre l'inquinamento acustico, affermando che "[Le cenosfere vengono utilizzate] nei materiali da costruzione per alleggerire il calcestruzzo, mantenendo una resistenza alla compressione di 30 MPa a una densità di 1,6 T/m³, migliorandone la tenuta e riducendone la trasmissione del suono. Ad esempio, il Centro scientifico e tecnico di nanotecnologie applicate di San Pietroburgo (STCAN) è impegnato nella costruzione di ponti con tali calcestruzzi in Russia, [per una superficie stradale più silenziosa]. Le cenosfere vengono utilizzate anche per migliorare le qualità di isolamento termico e acustico di intonaci, malte e rivestimenti, impiegati per pareti, pavimenti e soffitti. Un'aggiunta del 40% in volume di cenosfere dimezza il coefficiente di trasmissione del rumore."

Cenosfere nei prodotti farmaceutici

Le cenosfere sono utilizzate da molti anni nell'industria farmaceutica, poiché queste piccole sfere, se rivestite con farmaci, possono fungere da sistema di trasporto pressoché perfetto. Inoltre, come riporta la rivista francese di settore Industrie & Technologies, "le cenosfere ricoperte di ossido d'argento possono, ad esempio, essere integrate nelle medicazioni per accelerare la guarigione delle ferite".

Cenosfere nelle industrie avanzate

Sono in corso numerose ricerche per scoprire nuovi utilizzi per questo versatile sottoprodotto. Ad esempio, si stanno sviluppando nuovi catalizzatori per il processo di ossidazione del metano utilizzando cenosfere magnetiche.

Le cenosfere vengono utilizzate anche nello sviluppo di compositi a matrice metallica (MMC), una varietà di materiali che cerca di combinare l'elevato assorbimento di energia, la resistenza agli urti e la bassa densità delle sfere con le qualità di altre sostanze. Altri, come Paul Biju-Duval del Georgia Institute of Technology di Atlanta, si sono dedicati allo sviluppo di materiali da costruzione senza cemento. Il suo lavoro continua, aggiungendo a una miscela di cenosfere elementi come bambù e tubi metallici, al fine di trovare metodi di costruzione alternativi, più economici, resistenti e rispettosi dell'ambiente.

Nel frattempo, l'Istituto di Chimica e Tecnologia Chimica dell'Accademia Russa delle Scienze di Krasnoyarsk sta studiando come le cenosfere potrebbero essere utilizzate nelle trasformazioni catalitiche. Mentre BAE Systems sta tentando di utilizzare le cenosfere nelle vernici per favorire l'invisibilità nello spettro infrarosso, consentendo così ai velivoli militari di essere dotati di "mantelli dell'invisibilità".

Grazie alla loro vasta gamma di utilizzi e alle ancor più ampie potenzialità, non sorprende che l'interesse per le cenosfere sia in crescita. Finché gli sviluppatori di prodotti saranno alla ricerca di riempitivi leggeri, sistemi di rilascio di farmaci più efficienti, rivestimenti migliorati, sostituti del cemento e additivi per materiali compositi, ci sarà sempre bisogno di cenosfere. Inoltre, con l'intensificarsi della ricerca su nuovi impieghi per queste versatili sfere, solo il tempo ci dirà quale sarà il futuro di queste ultime.