Dalla Ca’ Foscari un algoritmo per sostituire le terre rare

Era impossibile. Ora sarebbe fattibile, in qualche anno di lavoro. L’idea è combinare materiali semplici da reperire (sodio, potassio, ferro, titanio…) nella giusta quantità, per creare leghe metalliche nuove. Capaci – questo è l’obiettivo – di sostituire materiali critici e terre rare, e sviluppare tecnologia necessaria alla transizione ecologica con un basso impatto ambientale.

Impossibile: perché le combinazioni potenziali fra i possibili ingredienti sono pressoché infinite. Ora fattibile, grazie a un algoritmo.

Un team di ricercatori dell’università Ca’ Foscari, guidato dai fisici Stefano Bonetti e Guido Caldarelli, ha sviluppato infatti un sistema di calcolo – sarà ora brevettato – in grado di ottimizzare la ricerca di questi materiali in maniera efficiente.

“L’algoritmo ci aiuta a non affidarci al caso”, spiega Stefano Bonetti, “cosa che avviene invece per la maggior parte dei nuovi materiali scoperti”. I superconduttori sviluppati durante gli anni ‘80, per fare un esempio, sono arrivati in modo inaspettato. Storia simile per i magneti al neodimio, oggi utilizzati nei motori delle auto elettriche o nelle turbine eoliche: la giusta combinazione tra neodimio, ferro e boro ha portato a fortissime proprietà di magnetismo. Ma per arrivare alla formula perfetta si è dovuto procedere a tentativi. Troppi, se l’ambizione è quella di scoprire materiali capaci di replicare le proprietà di lantanio, cerio, cobalto oppure litio.

“Guidati dall’algoritmo, potremo testare in laboratorio il mix di diversi ingredienti, per arrivare a circa 100 combinazioni uniche al giorno”, continua Stefano Bonetti, “significa circa 100mila diverse combinazioni in tre anni di lavoro. Con questi numeri avremo buone probabilità di sostituire almeno un elemento critico con un altro: nuovo, abbondante, sostenibile”.

La domanda di materie critiche, come le terre rare, è sempre più in crescita (un mercato globale che passerà dai 2,8 miliardi di dollari del 2020 a 5,5 nel 2028). E il suo approvvigionamento in Europa sempre più dipendente dalla Cina. In Italia, secondo Confindustria, il 16% delle importazioni sono a rischio, e sono 333 i prodotti critici per i quali l’industria risulta vulnerabile.

Anche per questo la tematica è stata presentata in audizione alla commissione esteri della Camera. Secondo i ricercatori, l’effetto positivo sul sistema nazionale può portare a un ruolo strategico dell’Italia nelle politiche per i materiali sostenibili, con ricadute sul mondo produttivo (il solo settore microelettronica ha un valore stimato di 700 miliardi nel 2027).

E fuori dall’Italia? “Questo tipo di ricerca viene svolto utilizzando l’intelligenza artificiale”, continua Stefano Bonetti, “ma mancano purtroppo buoni database dedicati ai materiali esistenti su cui allenare i modelli di AI”. Anche questo sarà un obiettivo dei fisici italiani: dopo l’algoritmo, si punta a creare un database di materiali mirati a sostituire le terre rare.

L’invito della ricerca alle istituzioni è credere nel progetto. “Per ora abbiamo lavorato di notte e nei weekend”, racconta Bonetti, “ma sarebbe strategico inserire la ricerca di materiali sostenibili tra le priorità dei prossimi anni, attraverso lo stanziamento di fondi europei mirati alla sostituzione dei materiali critici con materiali sostenibili e l’utilizzo di e fondi PNRR per la ricerca sui materiali sostenibili”.