Molte cenosfere, molte applicazioni

Anche se potresti non saperlo, il mondo moderno ha molte ragioni per essere grato alle cenosfere.

Poche persone sanno della loro esistenza, ancora meno persone sanno da dove vengono. Anche se una rapida occhiata a Wikipedia, la fonte di tutte le fonti, informerà i disinformati che “Una cenosfera è una sfera leggera, inerte, cava, fatta in gran parte di silice e allumina e riempita di aria o gas inerte, tipicamente prodotta come sottoprodotto di 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 una grande galleggiabilità”.

Tuttavia, ciò fa ben poco per descrivere la vera bellezza di queste minuscole, ma potenti, palline di ceneri volanti. Perché la loro vera forza sta nella diversità del loro utilizzo. Come afferma la rivista industriale francese Industrie & Technologies: “A causa della loro bassa densità, dimensioni ridotte, forma sferica, resistenza meccanica, elevata temperatura di fusione, inerzia chimica, proprietà isolanti e bassa porosità, le microsfere [conosciute anche come cenosfere] trovano un vasta gamma di applicazioni nell’industria. In particolare [sono ideali] per rinforzare materiali o conferire proprietà di resistenza alla corrosione, o di isolamento termico e acustico a rivestimenti o vernici. Possono essere descritti come riempitivi multifunzionali e si integrano bene in resine e leganti come materiali termoplastici e termoindurenti”.

Cenosfere in vernici e rivestimenti

Esistono moltissimi usi per le cenosfere nell'industria delle vernici e dei rivestimenti industriali, grazie alle qualità aggiuntive che forniscono. Ad esempio, le cenosfere vengono spesso utilizzate nei rivestimenti per controllare la radiazione infrarossa, conferendo a tali rivestimenti un vantaggio rispetto a quelli che tentano semplicemente di limitare la conduttività termica.

Nel frattempo, gli esperti di rivestimento di Petra Buildcare Products, spiegano come le cenosfere, “… migliorano la qualità della vernice migliorando il volume e la densità del prodotto. Dopo l’applicazione sulla parete, le perle di ceramica tendono a restringersi creando una pellicola compatta sulla parete.”

Cenosfere in schiume sintattiche

Le cenosfere vengono spesso utilizzate per produrre "schiume sintattiche". Si tratta di solidi specializzati che utilizzano le cenosfere come riempitivo per fornire numerosi vantaggi, dal costo inferiore, alla maggiore resistenza, insonorizzazione, galleggiabilità e protezione termica.

Gli esperti di Engineered Syntactic Systems descrivono la schiuma sintattica come segue;

“La parte 'sintattica' si riferisce alla struttura ordinata fornita dalle sfere cave. Il termine "schiuma" si riferisce alla natura cellulare del materiale. Grazie alle sue proprietà uniche di elevata resistenza a bassa densità, la schiuma sintattica è diventata ampiamente utilizzata nelle applicazioni di galleggiamento sottomarino. I materiali sintattici sono resistenti all'effetto combinato della pressione idrostatica e dell'esposizione a lungo termine che li rendono ideali per progetti oceanici come galleggianti per cavi e hardball e supporto per la strumentazione. Forniscono 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 difesa e ingegneria civile”.

Cenosfere nell'estrazione del petrolio

Per provare l’importanza sconosciuta delle cenosfere, è sufficiente guardare oltre il ruolo vitale che svolgono nell’industria petrolifera. Infatti, mentre tutti conoscono l’importanza del petrolio nel mondo moderno, è un fatto poco noto che le cenosfere, come afferma la rivista industriale francese Industrie & Technologies, “…sono state utilizzate per diversi anni nel campo dell’estrazione petrolifera per ridurre la densità di una pasta di petrolio-cemento senza aumentare il contenuto di acqua.”

Cenosfere in materie plastiche e polimeri

Le cenosfere hanno anche un utilizzo nella produzione di plastica e polimeri, poiché la loro forma riformabile o resistenza aiuta a evitare il ritiro nelle plastiche termoplastiche e termoindurenti.

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

Cenosfere in calcestruzzo

Per anni, le cenosfere sono state un utile additivo per il calcestruzzo, fornendo ulteriore resistenza e/o isolamento acustico, riducendo allo stesso tempo la densità. Jeff Girard, presidente del Concrete Countertop Institute, spiega questi vantaggi dicendo: “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 dell'acqua); le particelle di sabbia di quarzo hanno tipicamente 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."

Industrie & Technologies, delinea inoltre l’uso delle cenosfere come mezzo per ridurre l’inquinamento acustico, affermando che “[Le cenosfere vengono utilizzate] nei materiali da costruzione per alleggerire il calcestruzzo, pur mantenendo una resistenza alla compressione di 30 MPa ad una densità di 1,6 T/m3 , migliorandone la tenuta e riducendo la trasmissione del suono. Ad esempio, il Centro scientifico e tecnico di San Pietroburgo per le nanotecnologie applicate (STCAN) è coinvolto 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 intonaci, utilizzati per pareti, pavimenti e soffitti. Un’aggiunta di cenosfere del 40% in volume dimezza il coefficiente di trasmissione del rumore”.

Cenosfere in prodotti farmaceutici

Le cenosfere sono utilizzate da molti anni nell'industria farmaceutica, poiché le palline possono fungere da dispositivo di trasporto quasi perfetto quando rivestite con farmaci. Inoltre, come osserva la rivista industriale francese 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 usi 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 tenta 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 con sede ad Atlanta, hanno lavorato duramente allo sviluppo di materiali da costruzione senza cemento. Il suo lavoro continua, aggiungendo al mix della cenosfera, oggetti come bambù e tubi metallici come mezzo per trovare metodi di costruzione alternativi, più economici, più resistenti e più rispettosi dell'ambiente.

Nel frattempo, l’Istituto di Chimica e Tecnologia Chimica dell’Accademia Russa delle Scienze a Krasnoyarsk, sta studiando come le cenosfere potrebbero essere utilizzate nelle trasformazioni catalitiche. Mentre i sistemi BAE stanno tentando di utilizzare le cenosfere nella vernice come mezzo per supportare l'invisibilità nello spettro infrarosso, consentendo così alle navi militari di avere "mantelli dell'invisibilità".

Con una gamma così ampia di usi, e una gamma ancora più ampia di usi potenziali, non c’è da meravigliarsi perché l’interesse per le cenosfere sia in crescita. Finché gli sviluppatori di prodotti saranno alla ricerca di riempitivi leggeri, sistemi di somministrazione dei farmaci migliorati, rivestimenti migliorati, sostituti del cemento e additivi compositi, allora ci sarà bisogno di cenosfere. Inoltre, con l’incremento della ricerca su nuovi usi per queste sfere versatili, solo il tempo dirà dove si trova il futuro delle cenosfere.