HT PLASMA ottiene il brevetto italiano per l’invenzione industriale introdotta con Glow – device per l’igienizzazione delle mani testato dall’Università di Padova.
In questo articolo parleremo di una grande possibilità: utilizzare la pirolisi al plasma freddo per creare energia verde dai rifiuti di plastica.
Non lo scopriamo certo oggi, ma i rifiuti di plastica rappresentano un grave problema ambientale. Poiché la plastica è un materiale molto resistente, la sua decomposizione è particolarmente lenta e ci vogliono centinaia di anni prima che possa scomporsi nei suoi componenti originali.
Questo significa che la maggior parte della plastica prodotta oggi sarà ancora nelle discariche tra 2-300 anni.
Di recente ci sono state molte iniziative per combattere questo problema separando i rifiuti alla fonte o sostenendo processi alternativi che convertono le plastiche miste in prodotti utili come i carburanti, ma nessuna di queste è veramente in linea con il pensiero ecologico più innovativo, sia per costi sia per problemi logistici.
La pirolisi al plasma freddo, invece, può essere la soluzione. Scopri il motivo nel nostro articolo.
Pirolisi al plasma freddo: le premesse e l’idea
La pirolisi è un metodo di decomposizione di materiali organici in un ambiente a ossigeno limitato, tipicamente a temperature comprese tra 400°C e 650°C. Il processo può generare energia sotto forma di calore, elettricità o combustibile, ma potrebbe essere ancora più vantaggioso se il plasma freddo fosse integrato nel processo per aiutare a recuperare altre sostanze chimiche e materiali.
Le materie plastiche contengono principalmente carbonio e idrogeno, che le rendono una fonte di combustibile ideale. Con la pirolisi al plasma freddo è possibile convertire tutte le materie plastiche in forme energetiche e chimiche utili per l’industria.
La pirolisi al plasma freddo è un processo piuttosto semplice. Innanzitutto, è necessario prendere la plastica e collocarla in una camera stagna. Quindi, è necessario aggiungere un gas che contribuisca ad accendere la fiamma del plasma.
Il gas può essere, ad esempio, argon o azoto. La camera deve essere riscaldata fino a raggiungere circa 815°C. Una volta raggiunta questa temperatura, il calore viene utilizzato per fondere la plastica in olio.
Il risultato è un combustibile liquido che può essere un valido sostituto dei combustibili fossili. Questo è il processo tradizionale della pirolisi.
Vediamo, adesso, come il plasma freddo viene introdotto in questo processo chimico.
Sezione: Il processo di pirolisi al plasma freddo
Nella camera stagna, come detto, la temperatura viene aumentata con l’aiuto di torce al plasma, collegate a una fonte di elettricità esterna. In questo modo si crea uno stato di plasma nel gas che circonda il campione.
Quando la temperatura raggiunge determinati livelli, le catene polimeriche iniziano a rompersi in composti più semplici, come monossido di carbonio e idrogeno.
Questo processo è chiamato pirolisi. Nella pirolisi al plasma freddo, questo avviene in tempi molto più rapidi rispetto a quelli che si verificherebbero a temperatura ambiente.
Sezione: Perché utilizzare la pirolisi al plasma freddo per i rifiuti plastici?
La pirolisi al plasma freddo, quindi, scompone i rifiuti plastici in idrogeno, metano ed etilene. Utilizzando questi prodotti come combustibili, si riducono al minimo le emissioni nocive come fuliggine, idrocarburi incombusti, anidride carbonica (CO2) e altri gas.
L’etilene è l’elemento base della maggior parte delle materie plastiche utilizzate oggi. Attualmente, il 40% dei rifiuti di plastica negli Stati Uniti e il 31% nell’Unione Europea viene conferito in discarica.
Questi rifiuti costituiscono il 10-13% dei rifiuti solidi urbani.
Tale smaltimento ha un enorme impatto negativo sugli oceani e su altri ecosistemi a causa della loro capacità di inquinare i corpi idrici attraverso processi diretti o indiretti, come l’acidificazione degli oceani quando vengono rilasciati negli ambienti marini.
Pirolisi al plasma freddo: perché è un vantaggio?
La pirolisi al plasma freddo si candida, quindi, ad essere una promettente alternativa agli attuali metodi di riciclaggio della plastica.
A differenza della pirolisi tradizionale, la pirolisi al plasma freddo può essere strettamente controllata, facilitando la rottura dei legami chimici nel polietilene ad alta densità (HDPE).
Un processo complesso che converte efficacemente gli idrocarburi pesanti della plastica negli idrocarburi più leggeri, come idrogeno e metano per l’energia, o etilene.
La caratteristica più importante di questo processo chimico è che la reazione dura solo pochi secondi, rendendo il processo veloce e potenzialmente economico.
Un metodo che potrebbe offrire una serie di opportunità commerciali per trasformare ciò che attualmente è un rifiuto in un prodotto di valore.
Pirolisi al plasma freddo vs incenerimento
La differenza principale tra la pirolisi al plasma freddo e l’incenerimento è che nel primo caso la plastica viene trasformata in anidride carbonica e vapore acqueo, mentre nel secondo queste sostanze vengono rilasciate nell’atmosfera.
Questa tecnologia ha anche un enorme impatto sull’ambiente: riduce il volume dei rifiuti fino all’80% e i suoi residui possono essere utilizzati come fertilizzante di alta qualità per le colture.
Inoltre, l’incenerimento non produce alcun prodotto utile per il riciclaggio o per l’utilizzo come fonte di energia, ma semplicemente brucia i rifiuti di plastica per ridurne il volume ai soli fini dello smaltimento.
I vantaggi della pirolisi al plasma freddo
Possiamo, in breve, riepilogare alcuni dei vantaggi della pirolisi al plasma freddo:
1) Non richiede alcuna infrastruttura specifica per il trattamento dei rifiuti;
2) Può trattare tutti i tipi di rifiuti senza pretrattamento;
3) Non emette gas nocivi durante la lavorazione;
4) La sua efficienza è paragonabile a quella dei metodi di trattamento termico come l’incenerimento o la pirolisi tradizionale (anche i requisiti di pretrattamento per questo metodo sono molto bassi);
5) A differenza dei metodi termici, non danneggia la struttura dei polimeri, che possono quindi essere riciclati dopo il trattamento con la pirolisi al plasma freddo;
Il consumo energetico di questo innovativo processo è, inoltre, inferiore a quello di altri tipi di pirolisi, il che consente una maggiore efficienza energetica e un minore inquinamento da emissioni di gas serra.
La tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma ha molte potenziali applicazioni in settori quali la gestione dei rifiuti, la produzione alimentare e il riciclaggio.
Conclusione
Il processo di pirolisi al plasma freddo è un modo nuovo e rivoluzionario di riciclare la plastica. Invece di incenerire o riciclare la plastica, il materiale viene scomposto nei suoi elementi di base e poi riformato in nuovi prodotti. Questo processo è ecologico, efficiente ed economico.
La pirolisi al plasma freddo è una soluzione verde che trasforma la plastica in energia. Il suo utilizzo nelle strutture di raccolta dei rifiuti per convertire le plastiche miste in altri componenti generando energia pulita.
Il plasma freddo nell’industria del vino è già una realtà in grado di risolvere numerosi problemi di sanificazione e costi. Vediamo un’altra interessante applicazione di questa rivoluzionaria tecnologia.
Il settore enologico soffre del problema della contaminazione delle botti da vino in legno, che ne limita la conservabilità e altera l’equilibrio tra qualità e costo del prodotto finale. La tecnologia al plasma freddo viene applicata per la manutenzione e la sanificazione delle botti di rovere, agendo sui microrganismi presenti sulla superficie delle doghe.
Nelle prossime righe, vedremo come il plasma freddo sia stato determinante nella sanificazione di questi recipienti tanto importanti in uno dei mercati in cui l’Italia primeggia nel mondo: la produzione vinicola.
Il plasma freddo per la sanificazione delle botti di rovere
Le botti di vino hanno la capacità di influenzare il gusto del prodotto finale, nel bene e nel male. A causa dei microrganismi, la durata di conservazione delle botti di legno è limitata, incidendo così sull’equilibrio tra costi e qualità. La tecnologia al plasma è stata utilizzata in questo caso per trattare, pulire e mantenere le botti di vino, mantenendole sicure e migliorandone il gusto.
L’uso del plasma freddo a questo scopo è ancora relativamente nuovo, ma il processo è già stato implementato in alcune cantine.
Il plasma freddo ha dimostrato di avere ampie applicazioni per la pulizia e la sterilizzazione delle superfici, come le apparecchiature mediche e quelle per la lavorazione degli alimenti.
Nelle prossime righe, vedremo come e perché utilizzare il plasma freddo nell’industria vinicola.
Come eliminare Brettanomyces dal legno di quercia
Il plasma freddo è un gas ionizzato che può essere utilizzato per distruggere batteri e altri microrganismi sulle superfici. Il processo funziona creando una scarica elettrica a bassa energia (a pressione atmosferica) tra due elettrodi in una camera. Quando questa scarica si verifica, crea radicali liberi che reagiscono con la materia organica come germi, virus o spore di muffa o funghi del legno come il Brettanomyces.
Una volta disgregato, il materiale organico può essere lavato via con acqua o rimosso mediante aspirazione.
L’industria vinicola ha visto un uso limitato della tecnologia al plasma freddo nell’ultimo decennio perché è ancora relativamente nuova e costosa. Tuttavia, l’uso del plasma freddo presenta alcuni vantaggi rispetto ai metodi tradizionali come la pastorizzazione a caldo.
Questa richiede il riscaldamento di serbatoi e botti fino a 130 gradi Fahrenheit per 30 minuti prima dell’imbottigliamento, in modo che possano essere puliti a fondo e sanificati efficacemente. Un metodo costoso e poco pratico che può essere sostituito dalla sanificazione al plasma freddo.
Il processo con il plasma freddo, invece, prevede l’utilizzo di una torcia al plasma freddo che emette luce ultravioletta (UV) ad alta intensità per sanificare il legno.
La luce UV innesca una reazione chimica in cui gli atomi di ossigeno vengono rimossi dalle molecole d’acqua, permettendo loro di formare perossido di idrogeno, che viene poi rilasciato nel legno. In questo modo le botti di rovere vengono sanificate, pulite e protette dai batteri nel tempo, rendendole nuovamente sicure per l’uso.
Sanificazione al plasma freddo delle botti di rovere
L’industria vinicola utilizza il plasma freddo per la sanificazione delle botti di rovere. Il vino è un prodotto naturale e può essere prodotto solo con l’uso di botti di rovere, quindi è importante mantenerle pulite. Il plasma freddo offre una soluzione ecologica e priva di sostanze chimiche a questo problema.
Perché si usano Botti di rovere?
Il tipo di botte più comunemente utilizzato nella vinificazione è quello francese (o di Borgogna). Le botti di rovere esistono da secoli perché sono abbastanza porose da consentire lo scambio di gas tra il vino e l’ambiente circostante, ma sono anche abbastanza robuste da sopportare le alte pressioni dovute al rilascio di anidride carbonica durante la fermentazione o l’invecchiamento.
Il rovere aggiunge anche composti aromatici che influenzano i profili gustativi del vino durante l’invecchiamento grazie alle reazioni con i composti fenolici presenti nel legno.
I 5 Vantaggi del plasma freddo nell’industria vinicola
Il vantaggio più importante della sterilizzazione al plasma freddo è la capacità di eliminare i microrganismi indesiderati senza alcun contatto diretto con il prodotto.
Questa minimizzazione dell’esposizione del prodotto riduce il rischio di contaminazione microbica durante il trattamento. Inoltre, il plasma freddo non richiede additivi chimici o adsorbenti per essere efficace nell’uccidere i microrganismi, perché utilizza l’ossigeno atmosferico come agente ossidante.
In definitiva, i vantaggi del plasma freddo sulla sanificazione delle botti di rovere sono i seguenti:
Il trattamento al plasma freddo è rapido e consente di risparmiare tempo e denaro;
Il trattamento al plasma freddo può distruggere la struttura chimica delle cellule del legno, facilitando così la rimozione delle macchie dalla superficie della botte;
Il plasma freddo può accelerare il processo di ossidazione, facilitando la decomposizione di microrganismi come batteri e funghi;
Il plasma freddo può uccidere i microrganismi presenti sulla superficie della botte e migliorarne le condizioni igieniche;
Il plasma freddo non ha effetti residui sul vino perché non lascia alcun residuo sulle superfici delle botti dopo il trattamento;
Queste caratteristiche rendono il plasma freddo una scelta ideale per il trattamento di vini provenienti da vigneti biologici o da aree in cui le misure di controllo chimico non sono consentite o sono difficili da implementare in modo efficace (come le cantine a basso costo).
Conclusioni
La quantità di contaminazione microbiologica in una cantina è, spesso, sottovalutata. In base ad alcuni studi,sono stati rilevati 1,4 milioni di microbi indesiderati in una media di 3 campioni provenienti da botti di una stessa cantina.
La sanificazione e la pulizia delle botti diventano essenziali per mantenere la qualità del vino in condizioni stabili. Per questo è necessario sviluppare unità al plasma freddo personalizzate per affrontare la pulizia delle botti di vino su piccola, media e grande scala.
Le industrie ingegneristiche ed energetiche devono affrontare la sfida delle risorse naturali limitate, del riscaldamento globale e del grave inquinamento atmosferico.
Negli ultimi anni il plasma freddo ha attirato una grande attenzione grazie a molte caratteristiche interessanti, come l’alta efficienza, la non inquinabilità, l’adattabilità a tutti i combustibili e l’assenza di rischi di disastri nucleari.
Ma qual è il futuro del plasma freddo nei settori della conversione, dell’accumulo e della distribuzione dell’energia?
Come funzionano e come potrebbe sostituire o integrare le tecnologie esistenti?
Futuro del plasma freddo: applicazioni nell’Industria energetica
Generazione di energia. Il plasma freddo può essere utilizzato per produrre idrogeno gassoso e altri prodotti chimici utilizzando l’acqua come materiale di partenza. Questo gas può essere utilizzato per alimentare turbine e generare elettricità.
I plasmi freddi sono spesso erroneamente considerati freddi, ma in realtà sono un concentrato di energia. Svolgono un ruolo cruciale nel convertire l’energia, immagazzinarla e distribuirla ad altri utenti.
Per l’industria energetica, l’uso dei plasma freddo è stato previsto come una delle applicazioni più promettenti per il futuro.
Produzione di carburante. Il plasma freddo può essere utilizzato per scomporre l’anidride carbonica in monossido di carbonio e ossigeno attraverso un processo noto come conversione fotochimica.
Questo processo può essere utilizzato per produrre idrogeno che può essere usato come carburante per le automobili o altri veicoli.
Conversione, stoccaggio e distribuzione dell’energia. Abbiamo già detto che il plasma freddo è un plasma non termico che può essere generato applicando un campo elettrico a un gas.
Negli ultimi anni, questa tecnologia è impiegata nella conversione, nell’immagazzinamento e nella distribuzione dell’energia. Un utilizzo che ha suscitato un interesse crescente nel mondo della scienza e dell’ingegneria.
Quale futuro del plasma freddo nell’industria energetica?
Il futuro del plasma freddo è legato ad un’ampia gamma di applicazioni nella produzione e distribuzione di energia. Infatti, il plasma offre molti vantaggi rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali, come:
il futuro del plasma freddo nella conversione energetica
Uno degli usi più promettenti del plasma freddo è la conversione del calore in elettricità. Già nel 1960 questo processo era stato sperimentato ma solo di recente è stato trovato il metodo per utilizzarlo in modo sufficientemente efficace anche su applicazioni pratiche.
Oggi, sono diverse le aziende che lavorano a nuove tecnologie per convertire il calore in elettricità con il plasma freddo. Alcune di queste tecnologie sono ancora in fase di sviluppo, mentre altre sono già in fase di sperimentazione su scala industriale.
Una di queste aziende è Cool Power Systems (CPS), che ha sviluppato un metodo per convertire il calore di scarto in elettricità pulita utilizzando la tecnologia al plasma.
In termini di conversione energetica, è stato dimostrato che i plasmi freddi sono molto efficaci nel convertire il calore di bassa qualità in elettricità.
La tecnologia al plasma freddo potrebbe quindi essere utilizzata per catturare il calore di scarto dei processi industriali, come quelli che producono acciaio o cemento, e convertirlo in elettricità.
Ciò consentirebbe a queste industrie di ridurre le emissioni di CO2 utilizzando il calore di scarto in modo più efficiente e potrebbe anche contribuire a ridurre i costi energetici.
Nel mondo sono oltre 2 miliardi le persone che non hanno accesso all’elettricità. La maggior parte di queste persone vive in aree rurali, senza energia elettrica costante.
La tecnologia al plasma freddo è un metodo economicamente vantaggioso per convertire scarti in una fonte di energia sicura, pulita e sufficientemente abbondante per alimentare sia i Paesi sviluppati che quelli in via di sviluppo.
Conversione energetica per le fonti di energia rinnovabili
La tecnologia al plasma freddo può essere utilizzata per convertire l’energia eolica e solare in elettricità attraverso un processo chiamato fotocatalisi, che utilizza la luce per scomporre l’acqua in idrogeno e ossigeno.
Questo processo è attualmente sviluppato dall’Università di Cambridge e dall’Imperial College di Londra in collaborazione con partner industriali. Il team spera che un giorno sarà possibile utilizzare i plasmi freddi per produrre idrogeno pulito dalla luce solare e dall’acqua in modo economicamente vantaggioso.
Il futuro del plasma freddo nella stoccaggio energetico
Per immagazzinare energia come plasma freddo, è necessario comprimerla (cioè aumentare la pressione) fino a raggiungere una densità elevata. Più alta è la densità del plasma, più energia può essere immagazzinata per metro cubo di volume (o di massa).
Per comprimere gas o liquidi in plasmi a temperatura ambiente o a pressioni inferiori, si utilizzano tensioni elevate su elettrodi posti all’interno del liquido o del gas.
Tuttavia, il futuro del plasma freddo come dispositivo di accumulo dell’energia è incerto, a causa degli alti costi di sviluppo. I ricercatori stanno esplorando modi per ridurre i costi e rendere possibili nuove applicazioni per i sistemi di accumulo di energia al plasma freddo.
La tecnologia al plasma freddo potrebbe essere utilizzata anche per creare batterie migliori per i veicoli elettrici (EV). In questo caso, i plasmi freddi verrebbero utilizzati come additivo durante la produzione per migliorare le prestazioni della batteria, riducendo la resistenza interna e migliorando la conduttività tra gli elettrodi della batteria.
Ciò significa che i veicoli elettrici sarebbero in grado di viaggiare più a lungo per ogni carica rispetto a quanto fanno attualmente.
Il futuro del plasma freddo nella distribuzione energetica
Allo stesso modo, i plasmi freddi potrebbero essere utilizzati per generare elettricità dall’energia solare.
I plasmi freddi emettono ioni che possono essere accelerati da un campo elettrico; questo genera una corrente che può essere utilizzata per generare elettricità. Collocando un plasma freddo tra due pannelli solari, il sistema può essere utilizzato per raccogliere l’energia solare in modo più efficiente rispetto al solo fotovoltaico convenzionale.
Futuro del plasma freddo: la superconduttività
Notevolmente interessante, è il futuro del plasma freddo nella superconduttività ad alta temperatura. I superconduttori sono materiali che presentano una resistenza elettrica nulla quando vengono raffreddati al di sotto di una certa soglia di temperatura; questa proprietà consente ai dispositivi superconduttori di funzionare senza alcuna perdita di potenza o dissipazione di energia.
Oltre ad avere potenziali applicazioni nelle linee di trasmissione di energia, i magneti superconduttori possono essere utilizzati anche per i reattori a fusione nucleare e per i treni maglev (levitazione magnetica).
I superconduttori sono estremamente difficili da realizzare perché richiedono temperature estremamente basse: solo un elemento su 10 milioni presenta superconduttività a temperatura ambiente. Tuttavia, i plasmi freddi possono facilitare la creazione di questi materiali abbassando la loro temperatura critica.
Il Futuro del plasma freddo nell’energia di fusione nucleare
I plasmi freddi hanno molti usi potenziali nella scienza dell’energia di fusione, tra cui:
Scienza dell’energia di fusione: I plasmi freddi sono utilizzati per creare le condizioni necessarie per le reazioni di fusione nucleare. Sono essenziali per ITER, uno dei più grandi progetti scientifici attualmente in corso nel mondo.
Confinamento del plasma: Il plasma confinato deve essere mantenuto a temperature estremamente elevate (oltre 100 milioni di gradi Celsius) per mantenere la sua stabilità ed evitare che tocchi le pareti del contenitore.
I plasmi freddi, invece, potrebbero consentire temperature più basse e quindi contenitori più piccoli, riducendo i costi associati alla costruzione di reattori a fusione e di veicoli spaziali in grado di percorrere lunghe distanze.
Generazione di campi magnetici: I campi magnetici più forti prodotti sulla Terra sono generati da magneti superconduttori alloggiati all’interno di grandi elettromagneti chiamati criomagneti.
Gestione dei rifiuti nucleari: I plasmi freddi possono essere utilizzati per ridurre o eliminare i rifiuti radioattivi prodotti dai reattori nucleari o dalle applicazioni mediche, generando piccole quantità di isotopi radioattivi senza generare rifiuti radioattivi come effetto secondario.
L’industria energetica è responsabile dell’alimentazione delle case e delle aziende del nostro Paese. Con l’aumento della domanda, da parte di una popolazione sempre più numerosa, è necessario inventare rapidamente nuovi modi di creare, immagazzinare e distribuire l’energia.
Per mantenere i mercati energetici competitivi e i prezzi bassi, sono state create tecniche innovative come il processo al plasma freddo per migliorare l’efficienza del settore. La tecnologia al plasma freddo è un’alternativa in evoluzione che ha un futuro promettente nell’industria energetica.
I plasmi atmosferici freddi sono stati oggetto di grande attenzione negli ultimi anni. La comunità scientifica è generalmente concorde nel ritenere che questa tecnologia, uno dei più recenti sviluppi della fisica del plasma, abbia un enorme potenziale industriale grazie ai miglioramenti qualitativi che può introdurre in prodotti e servizi.
Negli ultimi anni, il plasma è stato oggetto di un intenso interesse da parte della comunità scientifica. Organizzazioni pubbliche e private hanno contribuito a una migliore comprensione del potenziale industriale delle applicazioni del plasma freddo. Grazie alle sue caratteristiche uniche, la tecnologia del plasma si è già dimostrata utile in diversi campi e si prevede che attirerà nuovi attori e creerà nuovi mercati.
In questo lavoro gli autori intendono analizzare alcune delle principali applicazioni dei plasmi freddi in diversi campi. Cercando, inoltre, di indicare le aree di applicazione future.
Le applicazioni dei plasmi atmosferici freddi sono oggetto di studio attivo da parte dei ricercatori di tutto il mondo ed è stata identificata una varietà di potenziali opportunità in diversi campi specialistici. Il presente documento offre una panoramica di molte di queste possibili applicazioni.
Il plasma freddo è una nuova e affascinante tecnologia che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni. Viene spesso paragonato al più noto plasma caldo, ma ci sono alcune differenze fondamentali tra i due.
Il plasma freddo è simile al plasma caldo in quanto entrambi utilizzano l’elettricità per ionizzare le particelle di gas in modo che diventino elettricamente cariche e possano essere manipolate. Tuttavia, le somiglianze finiscono qui. Il plasma freddo utilizza meno energia e produce meno calore del plasma caldo, il che significa che può essere utilizzato in una gamma più ampia di applicazioni.
I plasmi freddi sono anche più facili da controllare rispetto ai plasmi caldi, il che significa che sono più facili da applicare in ambienti industriali come la produzione di semiconduttori e le linee di produzione in cui il controllo della temperatura è fondamentale.
Quali sono i vantaggi dell’uso del plasma freddo?
I plasmi freddi offrono molti vantaggi rispetto ai plasmi caldi, tra cui:
Costi energetici inferiori: I plasmi freddi richiedono meno energia rispetto ai plasmi caldi perché non producono tanto calore e non richiedono tanto raffreddamento durante il funzionamento. Ciò può contribuire a ridurre le spese di esercizio, poiché è necessario consumare meno energia per apparecchiature ausiliarie come pompe e refrigeratori.
Ampia gamma di applicazioni: I plasmi freddi possono essere utilizzati in una gamma più ampia di settori rispetto ai plasmi caldi, perché non producono una quantità di calore pari a quella dei plasmi caldi.
Minor consumo di energia. Le applicazioni al plasma freddo consumano solo il 10% della potenza dei laser a stato solido. Ciò significa che possono essere facilmente integrate in dispositivi mobili come smartphone o tablet.
Alta efficienza e basso costo. Poiché il plasma freddo può produrre luce ad alta efficienza, richiede meno energia per produrre la stessa quantità di fotoni rispetto ai laser tradizionali. Inoltre, poiché i plasmi freddi sono relativamente poco costosi da produrre, diventano molto convenienti se prodotti in grandi volumi.
Alimentazione
Sottosezione: Il plasma freddo trova applicazione nella lavorazione e nella conservazione degli alimenti per prolungarne la durata e garantirne la qualità, mantenendoli sicuri e freschi.
Testo della sottosezione: 1. Decontaminazione degli alimenti – La decontaminazione delle superfici degli alimenti può essere effettuata con trattamenti al plasma freddo prima del confezionamento o della spedizione,
Trattamento al plasma – Il trattamento al plasma è stato utilizzato nell’industria alimentare come metodo alternativo all’irradiazione per decontaminare alimenti pronti al consumo come carni, pollame, frutta, verdura e frutti di mare:
1 Rimozione degli odori dalla produzione di birra
Il plasma freddo è un mezzo efficace per rimuovere gli odori dal vostro birrificio. Il plasma freddo funziona utilizzando un campo elettrico ad alta tensione per scomporre le molecole nell’aria, distruggendo efficacemente i batteri o i germi eventualmente presenti. Lo stesso processo può anche aiutare a rimuovere gli odori dalle pareti, dai pavimenti e dalle attrezzature della struttura.
Sebbene molti birrifici utilizzino il plasma freddo da anni per migliorare la qualità della birra, solo di recente il plasma freddo sta guadagnando popolarità come metodo per migliorare l’igiene generale dei birrifici e di altri impianti di lavorazione degli alimenti. Ciò è dovuto principalmente ai numerosi vantaggi associati all’uso del plasma freddo rispetto ai tradizionali metodi di pulizia chimica. Ad esempio:
Meno prodotti chimici necessari – I sanificatori chimici possono talvolta lasciare residui indesiderati che possono influire sul gusto del prodotto finito e causare altri problemi, come quelli alla salute dei dipendenti che entrano regolarmente in contatto con questi prodotti chimici. Questo non è un problema con il plasma freddo, perché non ci sono sostanze chimiche coinvolte in questo processo.
La disinfezione dell’acqua potabile al plasma freddo è una tecnologia emergente, attualmente in fase di sperimentazione presso diverse università e istituti di ricerca in tutto il mondo. La forma più comune di plasma freddo utilizza il perossido di idrogeno come ossidante e l’ozono come riduttore. Questa miscela crea una combinazione di radicali di ossigeno che distruggono i batteri e i virus presenti nell’acqua potabile.
L’Università del Wisconsin-Madison ha condotto test sulla disinfezione al plasma freddo dal 2007, scoprendo che può uccidere tra il 99% e il 100% dei batteri nelle provette dopo 24 ore, quando viene utilizzata su campioni di acqua di rubinetto municipale sia fresca che conservata. L’università ha anche scoperto che la tecnologia funziona meglio se combinata con altri metodi di purificazione come l’osmosi inversa o il trattamento a raggi ultravioletti.
“Abbiamo dimostrato di poter ridurre le concentrazioni di E coli al di sotto di livelli rilevabili, 16 volte più bassi rispetto alle tecnologie di trattamento convenzionali”, ha dichiarato il chimico ricercatore dell’LLNL Jean-Marc Chatelain, che ha contribuito allo sviluppo della tecnologia. “L’obiettivo è quello di eliminare tutti i batteri, compresi quelli che non vengono uccisi dal cloro”.
L’applicazione più comune della tecnologia al plasma freddo oggi riguarda la purificazione dell’acqua potabile con dispositivi chiamati “plasmacluster” o “generatori di ioni”.
3 Conservazione antimicrobica degli alimenti
La conservazione degli alimenti è una delle applicazioni più importanti della tecnologia al plasma freddo. Il plasma freddo può essere utilizzato per la disinfezione e la sterilizzazione di alimenti come carne, pollame, frutta e verdura. Ciò è particolarmente importante quando si tratta dell’industria alimentare, perché la contaminazione può comportare seri rischi per la salute dei consumatori.
Il plasma freddo consente di uccidere efficacemente i batteri senza danneggiare la parete cellulare o i lipidi della membrana. È stato infatti dimostrato che solo 0,2 ml di plasma freddo per kg di carne sono in grado di uccidere il 99% dei batteri E coli entro 30 secondi. Inoltre, il plasma freddo non lascia residui, a differenza dei metodi di riscaldamento convenzionali, come la pastorizzazione ad aria calda o a vapore, comunemente utilizzati negli impianti di lavorazione degli alimenti.
Il plasma freddo può essere utilizzato anche per eliminare gli odori dagli impianti di lavorazione degli alimenti, ossidando i composti organici volatili in sostanze meno nocive.
Può anche essere utilizzato per ridurre la diffusione di agenti patogeni distruggendoli prima che raggiungano i prodotti.
4 Sanificazione dell’acqua e dell’aria
La tecnologia al plasma freddo può essere utilizzata per rimuovere i batteri dall’acqua generando specie reattive dell’ossigeno (ROS).
Purificazione dell’aria: La gassificazione al plasma può essere utilizzata per rimuovere le particelle dall’aria. I ricercatori dell’Università del Minnesota hanno sviluppato un nuovo dispositivo che utilizza una sorgente elettrica per creare plasma freddo dal vapore acqueo, producendo radicali di ossigeno che distruggono gli inquinanti presenti nell’aria.
Le proprietà del plasma freddo lo rendono particolarmente adatto all’uso in agricoltura. Il plasma freddo può essere utilizzato per uccidere i batteri sui prodotti, prevenire la crescita di funghi sui prodotti alimentari e persino eliminare i pesticidi da frutta e verdura.
I sistemi al plasma freddo sono stati utilizzati anche per ripulire le fuoriuscite di petrolio e altri contaminanti in fonti d’acqua come fiumi o laghi.
Il plasma freddo viene utilizzato anche come alternativa ai pesticidi per il controllo dei parassiti. Il plasma freddo uccide gli insetti producendo radicali di ossigeno che danneggiano le loro cellule, facendoli morire entro pochi secondi dall’esposizione. Si tratta di una soluzione molto più rapida rispetto all’uso dei pesticidi, che di solito richiedono diversi giorni prima di avere effetto.
Leggi Plasma Freddo e apicoltura: come eliminare i parassiti delle api.
Cosmetica
Il plasma freddo viene utilizzato da decenni in cosmetica. È uno strumento potente che può essere utilizzato per pulire e purificare la pelle, lasciando un colorito fresco e chiaro.
6 Applicazione del plasma freddo nella cosmesi
Il processo di applicazione del plasma freddo prevede l’attivazione del plasma freddo facendolo passare attraverso un campo elettrico che lo induce a emettere ioni. Questi ioni vengono poi utilizzati come agente pulente sulla pelle, rimuovendo lo sporco dai pori e migliorando la carnagione.
Il plasma freddo può essere utilizzato anche per trattare diverse patologie della pelle, come acne, psoriasi e dermatite atopica. Le proprietà antinfiammatorie del plasma freddo aiutano a ridurre il rossore e il gonfiore associati a queste condizioni.
È stato inoltre dimostrato che il plasma freddo migliora l’aspetto della cellulite. Aumentando l’afflusso di sangue al tessuto adiposo (grasso), il plasma freddo provoca una più rapida disgregazione delle cellule grasse, riducendo nel tempo l’aspetto della cellulite.
Benefici del trattamento cutaneo al plasma freddo:
Rimuove lo sporco dai pori
Riduce l’infiammazione
Migliora l’elasticità della pelle
Medicina
Nella medicina, il plasma freddo viene sempre più studiato ed implementato. Esistono diverse applicazioni del plasma freddo che sono utili in campo medico. Eccone alcune.
7 Applicazioni del plasma freddo nel trattamento delle ferite
L‘uso del plasma freddo per il trattamento delle ferite è stato studiato per diversi anni. Diversi studi su questo argomento hanno dimostrato che il plasma freddo può accelerare la guarigione delle ferite, migliorare la rigenerazione dei tessuti e ridurre le cicatrici.
Il plasma può accelerare la guarigione delle ferite attivando i fibroblasti che producono collagene. Può anche essere usato per pulire le ferite e prevenire le infezioni.
Il trattamento prevede l’applicazione di un gas al plasma freddo sulla pelle, che può essere utilizzato in combinazione con altre terapie come il bendaggio o la compressione. Il plasma freddo è un esempio di dispositivo medico che utilizza nuove tecnologie per migliorare i risultati dei pazienti.
È stato dimostrato che il plasma freddo accelera la guarigione delle ferite fino a sette giorni e riduce il dolore fino all’80% rispetto ai metodi tradizionali. Ciò può essere attribuito a diversi fattori
una riduzione dell’infiammazione causata dalle proprietà antinfiammatorie del plasma freddo;
la capacità del plasma freddo di stimolare la formazione di collagene; e
la capacità del plasma freddo di avviare la migrazione e la crescita delle cellule.
Oltre all’uso nel trattamento delle ferite croniche, il plasma freddo si è rivelato utile anche nel trattamento di altre condizioni come l’infiammazione e la gestione del dolore.
8 Applicazioni del plasma freddo in procedure antitumorali
Il plasma freddo viene utilizzato in combinazione con altri trattamenti, come la radioterapia, la chemioterapia, l’asportazione chirurgica dei tumori e l’immunoterapia (un tipo di trattamento che utilizza anticorpi per combattere le cellule tumorali).
Un’applicazione del trattamento al plasma freddo è il trattamento delle cellule tumorali, generando al loro interno specie reattive dell’ossigeno (ROS) che le uccidono.
Il trattamento al plasma freddo può essere utilizzato in qualsiasi punto del corpo in cui si trovano cellule cancerose. Ad esempio:
nei tumori della testa e del collo (tumori della bocca o della gola)
nei tumori del tratto digestivo (stomaco o intestino)
Nei melanomi (tumori della pelle)
In particolare, nel trattamento del cancro, due tipi di cellule cancerose sono state distrutte dal plasma freddo quando sono state trattate per un paio di minuti in condizioni di pressione atmosferica (NTP), il che dimostra il potenziale del trattamento del cancro con il plasma freddo, ma devono essere fatti ulteriori studi.
9 Sterilizzazione di strumenti chirurgici
Il plasma freddo consente la sterilizzazione di oggetti sensibili al calore, come le apparecchiature in plastica e silicone, perché distrugge i batteri senza intaccare il materiale o modificarne significativamente le proprietà.
L’uso della sterilizzazione al plasma freddo è aumentato negli ultimi anni perché è un metodo senza contatto che non causa alcun danno al materiale da sterilizzare.
La prima applicazione del plasma freddo nella sterilizzazione è la sua capacità di rimuovere il biofilm dalle superfici. Per biofilm si intende uno strato di batteri che si attacca a superfici come dispositivi medici e cateteri. Questi batteri sono resistenti e quindi difficili da rimuovere con metodi convenzionali come l’acqua calda o il vapore. È stato dimostrato che il plasma freddo elimina il biofilm dalle superfici in modo rapido ed efficiente.
Il plasma freddo funziona secondo un principio chiamato sputtering, che rimuove i microrganismi dalla superficie degli oggetti. Questo processo consiste nel rompere le molecole organiche in forma gassosa mediante una scarica di plasma.
La sterilizzazione al plasma freddo è un’alternativa sicura ed efficace ai metodi tradizionali come il calore, le radiazioni o le sostanze chimiche.
Altri campi medici di cui abbiamo parlato nei precedenti articoli, riguardano l’ortodonzia (la cura dei denti) e il trattamento di cicatrici ed ustioni, che grazie ad applicazioni al plasma freddo guariscono prima e in modo più efficace.
Industria tessile
Il trattamento al plasma freddo può migliorare la qualità di pelle e tessuti in diversi modi. Ad esempio, può aumentare la resistenza e la flessibilità della pelle rimuovendo gli strati superficiali indesiderati senza danneggiare i tessuti sottostanti.
Contribuisce inoltre a ridurre i danni causati dall’abrasione, rendendolo adatto all’uso su materiali delicati come la seta o il lino. Inoltre, il trattamento al plasma freddo è efficace per rimuovere le macchie dai tessuti senza danneggiarne la struttura chimica.
10 Eliminazione dell’odore dai vestiti con il plasma freddo
Il plasma viene utilizzato come fonte di energia che può essere sfruttata da altre macchine per eseguire varie operazioni come la pulizia, la smacchiatura o la sterilizzazione dei tessuti.
Il plasma freddo è in grado di eliminare gli odori sgradevoli dai vestiti e da altri tessuti, abbattendo i composti organici attraverso reazioni di ossidazione o riduzione. Questo processo non richiede l’uso di detergenti o acqua ed è anche ecologico.
Funziona scomponendo le molecole odorose in particelle più piccole che possono essere facilmente rimosse dai tessuti. Può essere utilizzata anche su biancheria da letto, cuscini e guanciali con buoni risultati. La pulizia al plasma freddo deve essere effettuata prima di lavare o asciugare i vestiti, per evitare che gli odori indesiderati ritornino.
Continuiamo ad assistere all’espansione dell’uso dei plasmi freddi in vari settori industriali. Si stanno compiendo progressi che contribuiscono a ridurre i costi e a renderli commercialmente più praticabili per un maggior numero di settori. Che si tratti di ambienti industriali o commerciali, sicuramente i plasmi freddi faranno sempre più parte del nostro futuro.
La tecnologia al plasma freddo è già alla nostra portata, dobbiamo solo trovare il modo per sfruttarla al meglio e trarne tutti i vantaggi che è in grado di offrire.
Sai come funziona un Televisore al plasma? Un televisore di questo tipo è uno schermo piatto che emette luce attraverso un processo chiamato visualizzazione al plasma. Uno schermo al plasma è costituito da migliaia di pixel che producono luce quando vengono attivati da una corrente elettrica. Questo è solo un esempio.
Il plasma è la fase più abbondante della materia nell’universo, eppure non lo conosciamo ancora a fondo.
Abbiamo già parlato, della differenza tra plasma e plasma freddo (Non Thermal Plasma). Oggi, invece, parliamo di quello che si trova in natura, di come viene generato in laboratorio e in quali modi si può applicare.
Il nostro mondo, in realtà, è pieno di esempi di plasma, anche in natura.
I fulmini, l’aurora boreale e le luci fluorescenti sono tutti frutto di gas ionizzati. Nella scienza del plasma, crearli non significa solo creare bei colori o produrre una luce potente; si tratta di capire gli stati della materia che esistono intorno a noi ogni giorno.
In genere, il plasma viene prodotto artificialmente in laboratorio, ma alcune volte può essere osservato anche in natura. Esso può essere osservato in fenomeni quotidiani come le fiamme, i fulmini e le aurore.
Esistono molte somiglianze tra questi fenomeni in termini di struttura, di cui parleremo in seguito. Il plasma è di gran lunga la fase più comune della materia nell’universo, sia sulla Terra che al di fuori di essa.
Cos’è il plasma?
Il plasma è una forma particolare di materia, il quarto stadio della materia dopo solido, liquido e gassoso. Si tratta di una sostanza incandescente e ionizzata, costituita da atomi e da elettroni liberi.
Il plasma è, quindi, una miscela di elementi chimici ionizzati e molecole neutre che si trova in natura in quantità molto piccole. Quindi, possiamo definirlo come uno stato della materia simile al gas in cui una certa parte delle particelle è ionizzata.
La ionizzazione è un processo interessante in cui atomi o molecole neutre possono acquisire o perdere elettroni, creando così ioni. Questo può avvenire per collisioni tra particelle o per l’assorbimento di radiazioni, come nel caso dei brillamenti solari. La ionizzazione è un fenomeno che può avere molti effetti interessanti sulla materia, e continua a essere studiata dagli scienziati di tutto il mondo.
Il plasma è altamente reattivo e inizia immediatamente a reagire con altre sostanze per formare altri composti. Per questo motivo, il plasma viene spesso conservato in contenitori o tubi sigillati.
Il plasma si trova nel sole e nelle lampadine fluorescenti, ma anche in altri luoghi.
Esso è lo stato della materia che ha più energia di un normale gas e meno energia di un solido o di un liquido. È composto da particelle cariche che si muovono liberamente e indipendentemente.
Questo può accadere perché le particelle sono state private dei loro elettroni, quindi ionizzate o perché sono così calde da aver perso gli elettroni stessi.
Il plasma può:
condurre l’elettricità
rispondere ai campi magnetici,
Inoltre, può essere impiegato in molte applicazioni della vita di tutti i giorni: dalla fusione nucleare alla produzione di microchip e televisori a schermo piatto, come detto.
Il plasma, però, può essere trovato in natura. Un esempio sono i fulmini o l’aurora boreale.
Il plasma si trova in natura?
L’atmosfera terrestre è, infatti, composta per circa l’1% da plasma e il Sole è una grande palla di plasma. Il plasma si trova anche nel fuoco, nei fulmini, non solo nelle insegne al neon, nelle luci fluorescenti e in molti altri oggetti familiari che ci circondano.
In realtà, l’intero universo è pieno di plasma. Al centro di stelle come il nostro Sole, le temperature raggiungono oltre 10 milioni ° C e le pressioni sono così elevate che gli elettroni vengono strappati dagli atomi per formare un gas di elettroni e ioni liberi.
Quando queste particelle altamente cariche si scontrano tra loro o con particelle neutre, emettono una luce chiamata fluorescenza.
Poiché contengono molte particelle cariche, i plasmi conducono bene l’elettricità e rispondono fortemente ai campi magnetici.
il plasma in natura: fulmini e aurora boreale
Il fulmine è un esempio perfetto, in questo senso. Esso si forma quando si verifica una scarica elettrica tra due punti di diverso potenziale elettrico.
In pratica, quando una scarica elettrica attraversa il cielo è causata, in genere, da un temporale, ma può essere anche provocata da una tempesta solare.
Il rapido rilascio dell’energia che ne deriva fa sì che la temperatura dell’aria aumenti rapidamente, diventando elettricamente conduttiva. In questo modo, sarà sufficientemente calda per far continuare il flusso di elettroni e ioni.
Questo processo forma il plasma, il quale viaggia lungo il canale verso la Terra, dando vita a quel fenomeno elettromagnetico che è il fulmine.
Il plasma più visibile in natura è l’aurora boreale. L’aurora boreale è prodotta dall’interazione della radiazione solare con i gas della nostra atmosfera, in particolare con il protossido d’azoto.
Essa si forma quando il vento solare fa urtare le particelle cariche dello spazio contro l’atmosfera terrestre. Quando queste particelle colpiscono l’alta atmosfera, producono luce che può essere vista da molte parti del mondo.
Come si genera il plasma in laboratorio?
Il generatore di plasma è una camera a vuoto che contiene la sorgente di plasma (come un elettrodo o una torcia al plasma).
La sorgente di plasma è collegata a un alimentatore elettrico. L’alimentatore ha un’uscita ad alta tensione e bassa corrente. Ciò significa che può generare grandi tensioni, ma solo piccole correnti.
Quando l’alta tensione viene applicata alla sorgente di plasma, gli elettroni vengono staccati dai loro nuclei, accelerando la loro motilità.
Gli elettroni si muovono così velocemente (fino a diverse migliaia di chilometri al secondo) che possono entrare in collisione con le molecole di gas presenti nella camera e portarle in stati eccitati.
Queste molecole eccitate si scontrano poi con altre molecole di gas, eccitandole a loro volta. Il risultato finale è una nuvola di particelle cariche, chiamata plasma, che fuoriesce dalla camera e arriva all’esperimento.
Il vantaggio principale di questo metodo di generazione di plasmi è che non è necessario alcun contatto tra le parti del sistema e non vi è alcun rischio di scosse elettriche.
il plasma freddo
Il plasma prodotto in laboratorio, di solito, si trova ad elevate temperature. Infatti, gli atomi ionizzati raggiungono temperature vicine ai 10 mila °C.
Il plasma atmosferico o freddo, invece, è molto più facile da riprodurre perché lavora a temperature molto più basse, qualità che gli conferisce una versatilità d’uso notevole in molti campi, tra tutti quello dell’igienizzazione di tessuti organici e superfici.
Breve storia
La scoperta dei raggi catodici da parte di Sir William Crookes nel 1879 ha rivoluzionato il campo della fisica. Dopo di lui, altri scienziati come Ferdinand Braun e Nikola Tesla hanno sperimentato questa nuova tecnologia, aprendo la strada a una nuova era della fisica.
Alla fine fu chiamato così, agli inizi del ventesimo secolo, dal fisico Irving Langmuir. Da allora, è stato utilizzato in molti campi, dalla medicina alla ricerca spaziale. Oggi, il plasma è ancora una parte importante della scienza e della tecnologia, e continua a offrire nuove opportunità per la scoperta e l’innovazione.
Le applicazioni del plasma
Le sorgenti di plasma sono utilizzate in molte applicazioni diverse, tra cui:
laser
macchine a raggi X
insegne al neon
display per l’illuminazione
I reattori a fusione utilizzano campi magnetici e correnti elettriche per confinare il plasma all’interno di una camera del reattore, in modo che diventi abbastanza caldo da fondere insieme i nuclei atomici, senza alcuna fonte di energia esterna, se non il suo stesso aumento di temperatura.
Le applicazioni al plasma sono molteplici:
nell’industria dell’intrattenimento,
nell’industria medica,
nell’industria della difesa e della sicurezza,
nell’industria automobilistica,
nel campo aerospaziale.
La tecnologia del plasma (NTP) è una delle più innovative e versatile nel campo della lavorazione dei materiali. Una innovazione che può essere utilizzata per unire o modificare le proprietà di superficie di un materiale in modo mirato.
Questa tecnologia si è affermata negli ultimi anni in quasi tutti i settori industriali e continua ad espandersi in nuovi campi. Vediamone alcuni.
Pulizia di materiali e superfici
La Tecnologia NTP offre soluzioni per ogni tipo di sporco, di substrato e di post-trattamento. I vantaggi di questo metodo di pulizia sono numerosi: elimina anche i residui di contaminazione molecolare, è adatta a qualsiasi tipo di superficie e materiale.
Inoltre, la pulizia al plasma garantisce diversi vantaggi:
pulizia totale di cavità ed interstizi
rimozione dello sporco e di germi e batteri
pulitura senza residui
non inquina
Conclusioni
Il plasma ha una varietà di usi, perché può essere impiegato in molti contesti diversi. Gli scienziati sono particolarmente interessati a far convergere studi e ricerche in questo campo, con la speranza di portare ad un miglioramento della tecnologia.
Negli ultimi anni, a causa del COVID-19, abbiamo imparato a nostre spese l’importanza della sanificazione delle mani e delle superfici. Proprio per questo, diversi studiosi stanno testando metodi alternativi di sanificazione, fra tutti si distingue per efficacia il Non Thermal Plasma (Plasma Freddo).
Abbiamo già parlato del plasma freddo in questo articolo, ma oggi affronteremo le varie applicazioni di questa innovativa tecnologia, basandoci su ricerche specifiche. Negli ultimi anni, infatti, sono stati condotti diversi studi per permettere l’applicazione della tecnologia NTP (Non thermal Plasma) in vari campi: da quello della prevenzione, a quello medico-chirurgico, a quello della sanificazione alimentare.
Oltre alle note proprietà antimicrobiche, ci sono delle prospettive che vedono il Non thermal Plasma impiegato nel trattamento di ferite e nelle terapie oncologiche.
Ecco cosa vedremo nel prosieguo dell’articolo:
Cos’è la tecnologia NTP
Applicazioni del Non thermal Plasma: dalla chimica al medicale
Per chi non conoscesse la tecnologia NTP, possiamo dire che si tratta di un processo chimico che mira a produrre il plasma.
Il plasma è un gas composto da particelle come ioni ed elettroni elettricamente cariche, questo le rende estremamente cariche di energia. Conosciuto come “quarto stato della materia (dopo gas, solidi e liquidi). Il plasma, come detto, ha delle caratteristiche interessanti antimicrobiche ma non solo.
Quando un solido viene riscaldato, si trasforma in liquido e poi da liquido in gas. Se viene applicata una quantità sufficiente di energia al gas, diventa un gas ionizzato noto come plasma, che rappresenta il quarto stato fondamentale della materia.
Il Non thermal Plasma, nel dettaglio, è detto così perché composto da elettroni e ioni a temperature molto diverse tra loro. Il termine non thermal, infatti, sta a significare che gli ioni del plasma sono a basse temperature, rispetto agli elettroni (possono raggiungere temperature oltre 10 mila gradi).
Ecco prodotto il plasma non termico o Non thermal Plasma. Questa tipologia di plasma, non raggiungendo elevate temperature, può essere utilizzarlo in vari ambiti.
Senza scendere troppo nel tecnico, il Non thermal Plasma è molto utile in chimica perché, data la grande concentrazione di energia, è un promotore di reazioni chimiche specifiche.
La sua composizione interna, fatta da elettroni caldi e molecole gassose fredde, è capace di creare reazioni di dissociazione o di formazione di elementi. La reattività del plasma freddo alle scariche elettriche, infatti, è riscontrabile in altri elementi ma a temperature molto più alte e, quindi, difficilmente raggiungibili in poco tempo e senza complicazioni.
Infatti, il Non thermal Plasma è utilizzato anche nella produzione di carburante, unendosi con i catalizzatori che favoriscono i processi chimici che convertono elementi chimici in combustibili. In particolare, il NTP è impiegato nella sintesi del metanolo (componente della benzina), in quella del metano.
L’impiego del NTP in processi per la produzione di carburanti alternativi, come quelli ad idrogeno, è una realtà concreta. Per esempio, il Non Thermal Plasma è già utilizzato nel processo di pirolisi.
La pirolisi è un metodo di riscaldamento, in un ambiente controllato con ossigeno limitato, che permette di decomporre i materiali organici tra 400°C e 650°C. Questo processo è maggiormente utilizzato per generare energia (tramite calore, elettricità o combustibili).
La sfida è quella di utilizzare il plasma freddo in questo processo, per aiutare a recuperare altre sostanze chimiche e materiali che di solito vanno perse. Un motivo per cui il Non Thermal Plasma può davvero rappresentare un futuro più verde.
Non Thermal Plasma in ambito alimentare
Il campo in cui il Non thermal Plasma è utilizzato da anni è quello della sanificazione e della prevenzione. Infatti, nell’industria alimentare è ampiamente impiegato per la sterilizzazione delle superfici nella preparazione di cibi o nella preparazione del packaging.
In questo campo, in particolare, vi è una ricerca fatta sul trattamento al Non thermal Plasma di sacchetti per alimenti da sigillare, che ha dato eccellenti risultati.
Dopo i trattamenti al plasma, la conta batterica ha mostrato una riduzione […] significativa. Questi risultati sono stati confermati dalle osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) che mostrano batteri o spore alterati e numerosi detriti. Tenendo conto dei microrganismi studiati, il trattamento con plasma di ossigeno ha mostrato la massima efficienza.
In campo alimentare, la tecnologia Non thermal Plasma è quella più utilizzata perché non crea scarti, non inquina ed ha un impatto nullo sugli alimenti, come si evince da questo studio. In particolare, si comprendo come la NTP:
non altera la freschezza dei prodotti
non incide sulle proprietà nutrizionali
elimina germi e batteri e prolunga la conservazione del prodotto
In questo senso, infatti, si riduce il ricorso a diserbanti o additivi chimici, sanificando l’acqua da virus e batteri e permettendo alle colture di crescere più sane e rigogliose.
La ricerca si è basata su serre idroponiche (colture in ambiente controllato) su piante di pomodori, erbe aromatiche, lattuga, fragole ed altre colture destinate al consumo umano. La tecnologia Non thermal plasma ha agito sia sull’acqua, come detto, sia sull’aria dell’ambiente in cui sono cresciute le piante.
I risultati sono stati notevoli: al microscopico si è notato la riduzione dell’80% di virus e batteri sulle piante. In questo modo, la coltivazione con acqua e aria trattate dal Non thermal plasma apre a scenari interessanti, tra tutti il graduale abbandono degli additivi chimici nell’agricoltura.
In particolare, anche il Dipartimento di agronomia, animali, alimenti, risorse naturali e ambiente dell’Università di Padova ha certificato l’efficacia di questa tecnologia applicata all’agricoltura.
Tecnologia al plasma freddo per prevenire la salmonella
Un altro studio, condotto nel 2021, ha rilevato un’efficacia particolare del NTP per quanto riguarda il trattamento di uova per l’eliminazione del batterio della salmonella, diffusissimo nelle uova.
Lo studio, nel dettaglio, si è concentrato su come trattare una superficie più ampia del guscio d’uovo ed in particolare, di come poter trattare più uova contemporaneamente, in modo da avere delle future applicazioni industriali.
Qui è stato utilizzato un nuovo dispositivo NTP con un sistema di getto a doppio ugello rotante, in grado di trattare un’area anziché un punto. Le uova in guscio inoculate con Salmonella enterica sierotipo Enteritidis (SE) sono state collocate su una piattaforma mobile sotto il sistema di getto a doppio ugello rotante.
Nell’odontoiatria, in realtà, il plasma freddo è ampiamente utilizzato per la sanificazione di strumenti e il trattamento dei pazienti. In un recente studio sulla gengivectomia, si evince come molti pazienti trattati con tale tecnologia abbiano avuto una rimarginazione delle ferite in pochissimo tempo.
Si può concludere che Non Thermal Plasma migliora l’epitelizzazione e stimola la guarigione delle ferite dopo gengivectomia e gengivoplastica.
Nel maggio 2021, invece, sono stati pubblicati i risultati di uno studio effettuato su topi da laboratorio, trattati da NTP generato da radio-frequenza. L’obiettivo era quello di stabilire se il plasma freddo avesse delle conseguenze su materiale organico.
I risultati sono stati molto incoraggianti: oltre alla disattivazione batterica, nota proprietà del plasma freddo, si è verificata l’eliminazione delle cellule cancerogene presenti sul tessuto organico delle cavie. Inoltre, le ferite guariscono più rapidamente rispetto ai trattamenti tradizionali. (Rosendo Pena-Eguiluz, 2021)
Altra ricerca specifica sui danni che il plasma freddo ha causato alle cellule tumorali. Qui vengono analizzati i processi con cui il Non thermal plasma agisce, inattivando i microbi e incidendo sulla morte delle cellule cancerose. (Helena Motaln, 2021).
Si è dimostrato che la NTP (Non thermal Plasma) agisce come antinfiammatorio, stimola i tessuti, migliora il flusso sanguigno e guarisce… è battericida, proapoptotico e antitumorale. La capacità antitumorale della NTP ha portato a stabilire un nuovo campo in medicina chiamato “oncologia del plasma”
In questa ricerca, infatti, le note liete riguardano non solo la capacità di indurre la morte di cellule tumorali nei topi, ma anche la regressione di tumori dopo dei trattamenti al Non thermal Plasma.
Già nel settembre 2017, una ricerca di laboratorio ha evidenziato come il Non thermal Plasma sia aggressivo verso un tumore come l’osteosarcoma (OS). Le conclusioni sono state confortanti, in attesa di verifiche sul tessuto vivo e cavie.
Una volta convalidate per la terapia dell’OS nei modelli preclinici, le terapie al plasma devono essere integrate all’interno di specifiche modalità di trattamento del cancro. Questo potrebbe essere, ad esempio, come strumento adiuvante durante la chemioterapia e la resezione, come potente killer di micrometastasi.
Perché la sanificazione al plasma freddo è il futuro?
In definitiva, possiamo dire che la Non thermal Plasma technologies è una di quelle innovazioni che possono davvero far cambiare la vita in tanti ambiti. Dal mondo della chimica, a quello dell’alimentazione e dell’agricoltura.
Nel campo della prevenzione ed in quello medico, abbiamo visto come il trattamento di ferite e di patologie anche gravi (cancro), stia facendo passi in avanti notevoli. L’innovazione del Non thermal plasma, che dovremmo accogliere, ha moltissimi vantaggi e pochissimi svantaggi.
Ecco perché il plasma freddo rappresenta davvero il futuro. Sia dal punto di vista scientifico, che da quello medico e alimentare, è evidente la sua efficacia nel trattamento di superfici organiche (pelle, organi, alimenti).
Inoltre, la tecnologia Non thermal Plasma non produce scarti e non inquina, dimostrando una grande versatilità, dato che per produrlo serve semplicemente una carica elettrica controllata a basso voltaggio.
HT Plasma, come azienda innovatrice, ha investito e continuerà ad investire in questa tecnologia, concentrandosi sulla sanificazione e la prevenzione, mantenendo il focus sulla sostenibilità ambientale.
La sanificazione e igienizzazione di mani ed ambienti è un argomento di grande attualità, soprattutto nell’ultimo periodo.
Gli studi sulla correlazione tra plasma freddo e sanificazione, nel corso degli ultimi anni, hanno già trovato conferme ed applicazioni in svariati campi. Diversi studi scientifici, da più parti del mondo, sono arrivati alla conclusione che il plasma può rendere inattivi efficacemente agenti patogeni, virus e batteri.
In questo articolo, ci occuperemo dei fondamenti scientifici di alcune ricerche internazionali sul plasma freddo e sanificazione, prendendo in esame casi studio e guardando alle prospettive future del plasma freddo.
Continua a leggere per capire quali studi ci sono dietro la tecnologia al plasma freddo e come questo strumento può davvero migliorare le nostre vite, in fatto di sanificazione e non solo.
Plasma freddo e sanificazione: progetti di ricerca attuali
I primi studi sul plasma furono condotti, tra gli altri, da Irving Langmuir che coniò anche il termine plasma, per identificare un gas ionizzato che presentava caratteristiche fisiche diverse dagli altri stati della materia: solido, liquido e gassoso.
Negli ultimi decenni, il campo di applicazione del plasma si è allargato. Non è, infatti, più relegato ai campi dell’ingegneria applicata o alla fisica nucleare ma, grazie ai progressi tecnologici, è stato possibile dimostrare il potere antimicrobico del plasma.
È stato dimostrato che il plasma freddo può uccidere i batteri sia in vitro che sulle ferite della pelle. Diversi studi hanno dimostrato che il plasma freddo può ridurre o eliminare efficacemente batteri come:
Escherichia coli,
Staphylococcus aureus
Streptococcus pneumoniae.
Il rapporto tra plasma freddo e sanificazione è già noto nel campo medicale.
Infatti, è stata già testata la sua efficacia nell’inattivare gli agenti patogeni sulle superfici, sui dispositivi chirurgici e dentistici.
In particolare, la sterilizzazione completa di superfici e strumenti è data da un’esposizione prolungata al plasma freddo. Ciò che è ancora più interessante è che si raggiunge un ottimo grado di disinfezione con plasma freddo prodotto da scariche piezoelettriche dirette (PDD).
Plasma e sanificazione: la ricerca dell’Università di Padova
In Italia, lo studio su plasma freddo e sanificazione è condotto dal team di specialisti a cui capo vi è il prof. Andrea Crisanti, microbiologo all’Università di Padova, per mesi in prima linea nella lotta contro il Covid-19.
I ricercatori hanno testato e appurato come grazie ad appositi dispositivi che sfruttano il plasma freddo per santificare l’aria, questa risulti priva di qualsiasi organismo dannoso.
Microscopio da laboratorio
I risultati della ricerca
I test dell’Università di Padova confermano l’efficacia del plasma freddo nella distruzione di virus, batteri e funghi al 99,99%. In particolare, si nota un’efficace risposta verso organismi batterici detti multiresistenti, particolarmente ostici da sterminare.
Secondo uno studio condotto per conto del Governo britannico, si contano circa 50 mila decessi all’anno tra Europa e Stati Uniti dovuti a virus e batteri di varia natura. Un numero già preoccupante che, secondo lo stesso studio, è destinato ad aumentare nei prossimi decenni.
Gli studi dell’ateneo veneto vanno nella direzione tracciata dall’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità), la quale avverte dell’esistenza di numerosi virus e batteri presenti in natura e pronti al salto di specie e di come la loro resistenza possa essere un problema da qui ai prossimi anni.
L’utilizzo del plasma freddo nella sanificazione diventa, pertanto, strategico nella lotta ad agenti patogeni vari che minacciano la nostra salute e quella degli animali con cui veniamo a contatto.
Infatti, un aspetto da non sottovalutare è la sanificazione con plasma freddo di ambienti che vedono la presenza di animali con cui l’uomo viene a contatto, come allevamenti, strutture per la macellazione e ambulatori veterinari.
Plasma freddo per sanificare: come funziona?
Il plasma allo stato gassoso (viene usato un gas inerte come elio o aria) viene ionizzato, mediante una scarica elettrica controllata e a bassa carica. Una parte delle molecole del gas (inerte come aria, elio) viene privata di un elettrone. Questo processo rende il plasma estremamente particolare, diventando una miscela di molecole neutre, ioni ed elettroni.
La ionizzazione di ossigeno e azoto, che compongono l’aria, provoca il fenomeno della perossidazione. In questo modo, il gas ionizzato distrugge virus, batteri e funghi, impedendo la loro riproduzione.
L’obiettivo principale sono stati i batteri, con applicazioni in diversi campi come la preparazione alimentare, la medicina e l’odontoiatria. Molte applicazioni vi sono nell’oncoterapia, in cui sono colpite le cellule tumorali, anziché gli agenti patogeni.
Questo processo di sanificazione con il plasma freddo, sopra descritto, diventa, pertanto, una soluzione preferibile alle procedure di disinfezione standard. Infatti, in molti casi di sanificazione/disinfezione si utilizzano aria calda pressurizzata, vapore acqueo caldo pressurizzato o sostanze tossiche. Sistemi che hanno alti costi in termini economici e di sostenibilità ambientale.
Plasma freddo e sanificazione: le tecnologie
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno anche esaminato l’applicazione delle tecnologie al plasma nella disinfezione. Sulla base dei meccanismi di trattamento superficiale dei materiali coinvolti e degli effetti di superficie prodotti dalla scarica del plasma, possiamo classificare le tecnologie al plasma per la disinfezione in cinque tipi:
radiazione ultravioletta sotto vuoto (VUV), La luce VUV ha un’azione germicida perché i fotoni VUV possono rompere i legami molecolari nei microrganismi. Tuttavia, c’è una limitazione: i fotoni VUV sono assorbiti dal vapore acqueo nell’aria e non raggiungono la superficie di un oggetto. Per questo motivo, le lampade VUV sono utilizzate per la disinfezione in camere stagne e su superfici asciutte.
deposizione di vapore chimico potenziata al plasma (PECVD), La deposizione chimica da vapore con plasma (PECVD) è un processo comunemente usato per depositare film sottili da precursori gassosi in molte industrie diverse, comprese le celle solari, i semiconduttori, i display e i dispositivi di archiviazione ottica. In particolare, la PECVD impiega plasma a bassa temperatura per produrre film sottili uniformi senza degradazione termica.
scarica a barriera dielettrica (DBD), Questa tecnologia usa una torcia al plasma a bassa temperatura guidata da un’alta tensione. L’intero processo è sigillato in un tubo di vetro. La torcia al plasma ha un tubo di vetro con due elettrodi. Un elettrodo è fatto di metallo e l’altro è un dielettrico ceramico ad alta porosità. Una soluzione come etanolo o acqua entra nel tubo di vetro attraverso il tubo e passa attraverso la torcia al plasma dove viene irradiata dal plasma.
plasma basato sull’ossigeno e campo elettrico pulsato ad alta tensione (HV PEF). Questa tecnologia utilizza l’ossigeno come gas di lavoro per generare specie reattive che possono essere utilizzate per la disinfezione da virus e batteri.
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Sanificazione con plasma freddo: perché conviene?
Nell’ambito del COVID-19, l’uso del plasma per disinfettare l’aria e le superfici è stato esplorato da diverse università e aziende. La pandemia ha portato a un’impennata nella domanda di tecnologia al plasma, sollevando diverse considerazioni importanti quando si parla della sua implementazione.
Eccone alcune:
Processo economico ed ecologico. La disinfezione e la sterilizzazione al plasma non necessitano di costose apparecchiature, né utilizzano sostanze chimiche tossiche.
Coinvolge uno strato molto sottile. Ecco perché il plasma può disinfettare molteplici superfici sensibili, inclusi tessuti viventi e ferite aperte. Mantenendo una forte capacità di disinfezione, anche con pochi secondi di esposizione.
Bassa temperatura per disinfezione di oggetti che possono essere danneggiati dal vuoto o dalla sovrappressione di altri trattamenti di sanificazione a caldo o a vapore.
Nessuna chimica umida, né residui finali.
Compatibilità ambientale, poiché i gas utilizzati (aria o altri inerti) non sono tossici. Nessun costo di smaltimento di materiali plastici o chimici.
Le peculiarità del plasma freddo lo rendono perfetto anche per l’igienizzazione delle mani, la cura di ustioni, lesioni della pelle o l’acne.
Sanificazione con plasma freddo e prevenzione
Il plasma freddo è stato ampiamente studiato e dimostrato essere efficace contro altri virus come:
l’influenza,
il morbillo,
il papillomavirus umano
il virus herpes simplex.
Infatti, i dispositivi al plasma freddo sono già stati approvati dalla FDA (Azienda del farmaco americana) per il trattamento dell’herpes cutaneo nell’uomo (Wang et al., 2019).
In uno studio su plasma freddo e sanificazione, condotto da Heilmann nel 2019, il plasma freddo ha dimostrato di inattivare completamente il virus dell’influenza A. L’inattivazione è stata raggiunta entro 10 s di esposizione al plasma freddo a temperatura e pressione ambiente. Nessun virus vivo poteva essere rilevato dopo 1 min di esposizione al plasma freddo. (Heilmann et al., 2019).
Allo stesso modo, anche il virus del morbillo è stato testato utilizzando il plasma freddo. L’esposizione del virus del morbillo per 2 min in condizioni ambientali ha portato a una completa eliminazione del virus senza alcun recupero dopo la coltivazione. Il papillomavirus umano è un altro agente patogeno che può essere inattivato dall’esposizione al plasma freddo. Questo virus causa diverse malattie tra cui il cancro cervicale e la verruca genitale (Fujioka et al., 2010).
Sanificatori al Plasma freddo anticovid-19 in un liceo romano
Articolo su “Repubblica”
In tema di plasma freddo e sanificazione, esiste un caso recente. Si tratta di quello del liceo classico Orazio di Roma, che grazie all’acquisto di ben 56 sanificatori al plasma freddo purifica l’aria nelle aule, azzerando, letteralmente, i contagi da Covid-19 tra le sue mura.
La preside, Maria Grazia Lancellotti, spiega come nell’anno scolastico 2020/21, ci fossero stati diversi contagi tra studenti e insegnanti. Poi, grazie ai contributi delle famiglie, ad inizio anno 2021/22 si è deciso di acquistare depuratori d’aria al plasma freddo.
Un’ottima scelta per garantire una continuità didattica a studenti ed insegnanti. Una soluzione auspicata dalla stessa preside anche al Ministero dell’Istruzione, con una lettera, in cui si parlava di fondi specifici per migliorare l’areazione e la qualità dell’aria delle aule di tutte le scuole italiane.
Una soluzione da adottare in massa per evitare il protrarsi dell’emergenza e scongiurare futuri risvolti epidemiologici. Plasma freddo e sanificazione diventano, quindi, un binomio inscindibile per il futuro.
La tecnologia al plasma freddo è da approfondire per il suo efficace potere antimicrobico, applicabile in vari campi della società, dell’industria e del lavoro in generale.
Sai cos’è un plasma freddo? Forse no. Lascia che ti spieghi, rendendo l’idea con qualcosa che forse hai già visto in natura. Conosci l’Aurora Boreale? Quel particolare fenomeno naturale di origine elettromagnetica che si può apprezzare a particolari latitudini della Terra?
L’Aurora Boreale è un esempio di plasma, il quarto stato della materia.
Certamente uno dei più spettacolari esempi di plasma, ma non è l’unico. Anche il fuoco è una tipologia di plasma, perché non è un gas, né un liquido e non è solido.
Il plasma è uno stato della materia che, tuttora, è argomento di studio. Quello che sappiamo finora e che dovresti sapere anche tu, lo troverai nelle prossime righe.
Infatti, oltre a parlare di come sia stato scoperto e di come è stato riprodotto in laboratorio, vedremo come il plasma freddo, una particolare tecnologia, sta lentamente rivoluzionando alcuni settori della nostra società.
Le particolari proprietà sanificanti del plasma freddo lo vedono impiegato nei più importanti e disparati campi. Da quello medico, a quello aerospaziale, passando per l’industria tessile, alimentare e cosmetica.
Inoltre, il suo utilizzo permetterebbe di avere un impatto notevolmente positivo sull’ambiente e sulla lotta a virus, batteri e agenti patogeni. Un tema molto importante e sensibile, soprattutto, in questi anni dominati dal Covid-19.
Continua a leggere per approfondire le tematiche sul plasma freddo, i suoi utilizzi e i piccoli grandi vantaggi che miglioreranno aspetti quotidiani della tua vita, grazie al suo potere antimicrobico.
L’Aurora Boreale è un fenomeno naturale di origine elettromagnetica che si genera quando il vento solare interagisce con il campo magnetico terrestre.Lo scudo terrestre deflette vento solare indirizzandolo ai poli e dando il via a delle reazioni che producono straordinari giochi di luce, che attirano turisti provenienti da tutto il mondo.
Aurora Boreale
Cos’è il plasma freddo
Prima di parlare del plasma freddo, facciamo un piccolo passo indietro, definendo scientificamente cos’è il plasma.
Il plasma è, fondamentalmente, un gas composto da particelle elettricamente cariche che sono libere di muoversi. Viene denominato “quarto stato della materia“, perché presenta caratteristiche di tutti e 3 gli altri stati: stato gassoso, stato liquido e stato solido. Infatti, il plasma ha la densità di un gas, le caratteristiche di flusso di un fluido, ma può assumere la forma di un solido quando è a contatto con una superficie.
Così come avviene nel passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso (la formazione del vapore acqueo, per esempio), in funzione dell’aumento di temperatura, la trasformazione da gas a plasma si ottiene ad alte temperature. Infatti, intorno ai 10.000 gradi, una parte degli atomi del gas iniziano a scindersi in ioni ed elettroni ed il gas passa quindi allo stato di plasma.
Le proprietà elettriche del plasma fanno sì che sia un buon conduttore di elettricità e, a differenza degli altri gas, i moti delle sue particelle sono continui, anziché esaurirsi in poco tempo.
Le tipologie di plasma
Avendo chiaro cos’è il plasma, possiamo passare alle sue categorizzazioni principali:
caldo
freddo
Il plasma si definisce caldo quando la temperatura di ioni e elettroni è uguale o molto vicina. Ed è, in pratica, la situazione che abbiamo poco sopra descritto, ovvero quando si raggiunge la temperatura di 10 mila gradi e gli atomi sono ionizzati.
Discorso diverso, invece, merita il plasma freddo.
In questo caso, elettroni e ioni hanno temperature molto diverse tra loro. Gli ioni mantengono la temperatura dell’ambiente in cui si trovano, la stessa del gas neutro in cui si trovano, ovvero tra 10 e 100 gradi C circa, mentre gli elettroni raggiungono i 10 mila gradi.
Questa differenza di temperatura permette al plasma non termico (freddo) di avere delle proprietà chimiche molto interessanti, come una concentrazione di calore minima, che permettono diverse applicazioni in campo scientifico, medico ed industriale.
Nei prossimi paragrafi, vedremo come il plasma freddo sia al centro di numerosi studi di ricerca e come viene già impiegato dalla NASA, per esempio.
Le proprietà del plasma freddo
Senza addentrarci in termini chimici troppo tecnici, ti basti sapere che lo squilibrio termico che si crea nel plasma tra elettroni (caldi) e ioni e neutroni (a temperature molto inferiori) permette delle reazioni chimiche molto interessanti, rendendo il plasma freddo un ottimo alleato in varie circostanze.
Il plasma freddo è un plasma di gas altamente reattivo a bassa temperatura. Può essere generato da una scarica ad alta tensione tra due elettrodi metallici nel vuoto.
La presenza di una quantità significativa di ioni nel plasma freddo gli conferisce proprietà molto insolite che lo rendono uno strumento molto utile per molte applicazioni industriali, mediche e scientifiche.
Il plasmafreddo ha alcune proprietà antimicrobiche e può essere usato per sterilizzare e ridurre il carico di microrganismi in vari ambienti come l’acqua e la superficie.Riducendo l’ossidazione, il plasma freddo previene le infezioni rallentando il metabolismo cellulare.
Altre applicazioni sono:
trattamento e pre-trattamento delle superfici
deposito di sottili strati metallici
igienizzazione delle superfici e dell’aria
disinfezione di alimenti e contenitori alimentari
sanificazione ambienti e laboratori
Ed altre diverse applicazioni che vedremo dopo nel dettaglio.
Una su tutte? Il plasma freddo ha mostrato notevoli effetti antimicrobici contro diversi agenti patogeni, tra cui batteri, virus, funghi e spore.
Oggi, il plasma freddo è una tecnologia ampiamente utilizzata in campo medico ed è attualmente utilizzata per massimizzare l’ossigenazione dei tessuti, promuovere l’eliminazione di agenti patogeni.
Come viene generato il plasma freddo?
Il plasma freddo viene generato, di solito, applicando tensione elettrica a bassa carica ad un gas (come l’aria) a pressione atmosferica. Infatti, applicando un campo elettrico ad alto voltaggio ad un gas, di solito l’aria. Il campo elettrico accelera gli elettroni nel gas fino a farli scontrare con gli atomi, togliendo gli elettroni e creando ioni e radicali liberi.
Tuttavia, vi sono altri metodi utilizzati per la sua produzione.
Il termine plasma si riferisce a qualsiasi gas o vapore ionizzato e può essere generato con diversi metodi come il riscaldamento a induzione, il plasma a microonde, i catodi caldi o il fascio di elettroni, o il riscaldamento ad alta frequenza.
Il plasma freddo è stato, inoltre, usato per molti anni in molti campi diversi come l’elettronica, la saldatura o il taglio e l’odontoiatria.
Per esempio, l’aria ionizzata è usata durante l’assemblaggio di circuiti integrati per pulire le superfici dalle impurità.
Il plasma freddo dentale, noto anche come aria fredda, è noto da oltre 100 anni, ma la sua applicazione in odontoiatria è iniziata solo 30 anni fa con la sterilizzazione delle attrezzature dentali e la pulizia delle protesi.
Dopo aver parlato del contesto, conosciamo la storia, come funziona il plasma freddo e quale tecnologia viene sviluppata con il suo utilizzo.
Tecnologia plasma freddo: la storia
Fu scoperto nel 1879 da Sir William Crookes, che stava facendo esperimenti con i raggi catodici. Dopo la sua scoperta, altri scienziati come Ferdinand Braun e Nikola Tesla si basarono sul suo lavoro, sperimentando questa nuova tecnologia.
Sfortunatamente, dato che le loro scoperte erano così avanti rispetto al loro tempo, sono state per lo più dimenticate fino a poco tempo fa.
Nel 1954, lo scienziato russo Vyacheslav N. Veksler scoprì che il plasma freddo poteva stimolare la crescita delle ossa e che le cellule viventi si rigenerano sotto esposizione al plasma freddo.
Nel 1957, la prima applicazione commerciale del plasma freddo fu scoperta nell’industria elettronica – dove i getti di plasma freddo a pressione atmosferica (CAPJ) sono stati utilizzati per pulire le schede e gli stencil dei circuiti elettronici.
Nei primi anni ’60, il premio Nobel Dr. Irving Langmuir scoprì che quando l’aria veniva ionizzata produceva una varietà di effetti. Questi furono chiamati “Plasma” e “Plasma freddo”, per differenziarli dal plasma caldo che si trova nelle stelle e che viene usato negli esperimenti di fusione nucleare.
Le ricerche ai giorni nostri
Solo nel 2004 la ricerca sul plasma freddo è stata rinvigorita da varie pubblicazioni che descrivevano l’uso di getti di plasma a pressione atmosferica per la guarigione delle ferite.
L’uso diquesta tecnologia sarebbe quindi basato su un elemento naturale: l’aria. Fu poi confermato da altri ricercatori, tra cui Hider e Faraday, che dimostrarono che l’aria stessa, se ionizzata, poteva avere un effetto battericida.
Tuttavia, solo nel 2006 è stato depositato il primo brevetto per l’uso del plasma freddo nella medicina umana e da allora molte aziende hanno iniziato a studiare a fondo questa tecnologia per il suo enorme potenziale nel trattamento di molte malattie.
Il plasma è noto da anni, ma solo recentemente è diventato oggetto di intense ricerche. Questo è in gran parte dovuto alla potenziale utilità dei plasmi freddi in applicazioni biomediche e industriali.
Oggi, infatti, il plasma freddo è applicato per trattare una varietà di malattie che vanno dalla carie dentaria e dalla parodontite al cancro e al morbo di Alzheimer.
Come vedremo nel prosieguo dell’articolo, il plasma freddo è utile in numerose altre attività.
Plasma freddo ha effetti collaterali?
In breve, la risposta è no.
Il plasma freddo è un sottile strato di energia che stimola e riattiva il metabolismo cellulare. È essenzialmente un biostimolante che modifica l’ambiente cellulare, aiutando le cellule a rigenerarsi e ripararsi.
A differenza di altri tipi di plasma, il questo tipo di plasma non utilizza calore o radiazioni UV per svolgere questo compito. Questo lo rende possibile da usare su superfici delicate come la pelle e i capelli senza causare danni.
Il plasma freddo è utilizzato in medicina per decenni, ma recentemente la sua applicazione si è estesa a nuovi campi come la cosmetica, la cura dei capelli e il trattamento dei tessuti.
Gli scienziati hanno recentemente scoperto che il plasma ha proprietà antimicrobiche utili per combattere le infezioni batteriche.
I meccanismi alla base del motivo per cui il plasma freddo uccide i batteri non sono ancora completamente compresi; tuttavia, è noto che quando il plasma freddo interagisce con i batteri, elimina la loro capacità di proliferare, uccidendoli.
Plasma o gas ionizzato? le differenze
Nello stato di gas, gli atomi non sono più legati tra loro; hanno abbastanza energia per staccarsi dai loro legami e muoversi liberamente nello spazio. Nello stato di plasma, alcuni o tutti gli elettroni sono strappati dai loro nuclei e si muovono liberamente nello spazio.
Il plasma viene anche chiamato gas ionizzato perché gli elettroni liberi possono interagire con altre particelle, compresi altri elettroni e ioni. Se tutti gli elettroni sono spogliati dai loro nuclei, allora diciamo che abbiamo un plasma completamente ionizzato.
Se alcuni degli elettroni rimangono attaccati ai loro nuclei, allora diciamo che abbiamo un plasma parzialmente ionizzato.
I plasmi freddi sono usati nei precipitatori elettrostatici, nelle lampade fluorescenti, nelle luci al neon, negli schermi TV al plasma e persino nei fulmini. Il plasma freddo può essere applicato alle superfici per modificarne le proprietà fisiche.
Il fulmine è un altro esempio di plasma in natura
Come è utilizzato il plasma freddo?
Il plasma freddo è utilizzato nella conservazione degli alimenti, nella medicina e nella ricerca biomedica, nel trattamento dei rifiuti, nella produzione di elettronica, nella modifica delle superfici, nella sintesi dei materiali, nella protezione ambientale, nella pulizia industriale e nel controllo dell’inquinamento.
I plasmi freddi sono impiegati per esempio nell’industria e nella tecnologia medica.
Applicazioni industriali:
Decontaminazione (aria, acqua, superfici)
Deposizione di strati sottili
Asciugatura
Sterilizzazione
Applicazioni mediche
I plasmi freddi hanno molte altre applicazioni, sfruttate in campo medico e preventivo tra cui:
Fonti di luce perché emettono luce a molte lunghezze d’onda (colori)
Fonti di ionizzazione perché possono generare un’alta concentrazione di particelle cariche che possono essere usate per ionizzare altri gas, o per il trattamento delle superfici.
Disinfezione perché possono uccidere batteri, virus e funghi senza danneggiare i tessuti o altri materiali.
Andiamo nel dettaglio vedendo come viene già impiegato il plasma freddo in vari settori.
Plasma freddo nella medicina
Gli ioni e gli elettroni liberi generati dal plasma freddo possono interagire con altre sostanze in modi che potrebbero essere utili per applicazioni biologiche e industriali. Il plasma freddo può rivelarsi utile per uccidere i batteri, guarire le ferite, sterilizzare gli strumenti medici, migliorare la terapia del cancro, trattare le malattie della pelle come l’acne o la psoriasi.
Le aree di interesse in medicina includono la guarigione delle ustioni, il trattamenti antitumorali, le cure dentali, il trattamento dell’artrite, così come le applicazioni antibatteriche e applicazioni antivirali.
Il plasma freddo è una tecnologia che è stata studiata per decenni e continua a crescere in popolarità. La tecnologia del plasma freddo è l’unica del suo genere in grado di attivare la pelle, influenzando così il microbioma della pelle su tutti e tre gli strati della stessa. Infatti, il plasma freddo nella medicina estetica è molto utilizzato, proprio per le sue peculiarità di interazione con la pelle e l’epidermide, che garantisce l’assoluta assenza di rischi.
Il plasma freddo è stato ampiamente utilizzato per la guarigione di ferite, ustioni e altri problemi di salute. Negli ultimi anni, il plasma freddo è stato introdotto nella cosmetica come un nuovo modo di trattare la pelle e moltissimi sono gli studi in tutto il mondo su svariate applicazioni.
Un altro trattamento medico rivoluzionario è attualmente in fase di sviluppo in Israele: qui dal 2018, si stanno trattando, con successo, pazienti con malattie croniche della pelle come la psoriasi, la vitiligine e le verruche. Tutto senza effetti collaterali.
Utilizzo nella cosmetica
Il processo del Plasma Freddo, come detto sopra, avviene attraverso il contatto tra due elettrodi, uno positivo e uno negativo, che generano un campo elettrico.
Il movimento di questi ioni crea una reazione chimica tra di loro (il plasma), producendo una moltitudine di reazioni biochimiche all’interno delle cellule.
In questo modo, aiuta ad aumentare la produzione di collagene, elastina e acido ialuronico (responsabile dell’idratazione e dell’elasticità) mentre pulisce la pelle dalle impurità, riduce l’infiammazione e ringiovanisce le cellule della pelle.
In questa direzione va il rapporto tra plasma freddo e acne.
Utilizzo nell’industria aerospaziale
Inoltre, la tecnologia al plasma freddo è impiegata per rimuovere i contaminanti dall’acqua o dal suolo e consentire reazioni chimiche che sono difficili o impossibili da eseguire in condizioni convenzionali.
Nell’industria aerospaziale, per esempio, viene utilizzato per la sterilizzazione di componenti di veicoli spaziali, cibo e acqua prima del volo spaziale.
Il Plasma freddo è stato anche usato per la pulizia della Stazione Spaziale Internazionale e all’esterno dello space shuttle.
Nell’industria il CP è stato usato per scopi di pulizia e disinfezione così come per la modifica delle superfici dei materiali.
Il processo è stato originariamente sviluppato dalla NASA per sterilizzare i materiali usati nella ricerca spaziale, ma ora è ampiamente utilizzato nell’industria medica per le sue eccellenti proprietà di sterilizzazione.
Plasma nell’industria tessile
La produzione di plasma freddo nell’ambito dell’industria tessile può essere applicata in varie fasi della produzione o della post-elaborazione di tessuti come filati, tessuti o prodotti finali (ad esempio, abbigliamento) per creare funzionalità come effetti autopulenti (autopulizia), effetto anti-odore ed effetto antisettico .
Il trattamento al plasma di strutture tessili è stato studiato per molte applicazioni diverse, dal finissaggio tessile alle applicazioni mediche. Il principio di base di questa nuova tecnologia è l’uso di specie attive generate dal plasma a pressione atmosferica per la modifica della superficie dei materiali.
Queste funzioni si ottengono modificando la composizione superficiale dei tessuti.
L’uso del plasma freddo per trattare i materiali tessili ha diversi vantaggi:
Offre un’alternativa di trattamento rispettosa dell’ambiente, poiché non utilizza acqua o prodotti chimici.
Non danneggia le fibre tessili trattate, poiché funziona a temperatura ambiente e in condizioni di pressione atmosferica.
Può essere utilizzato per materiali tessili di alta qualità, come la seta e la lana, che non possono essere trattati con altri mezzi.
Il processo di trattamento deve essere completato con cura affinché il prodotto finale soddisfi i requisiti di ogni settore tessile.
L’industria tessile è una delle industrie più inquinanti del mondo. Il plasma freddo può aiutare a risolvere questo problema, affinché l’industria tessile cambi per un ambiente migliore.
Plasma freddo e alimenti
Ci sono molti vantaggi nell’uso del plasma freddo nel packaging alimentare:
È un processo non termico e quindi non altera le proprietà nutrizionali degli alimenti
Non ha migrazione nel prodotto
Nessun residuo o contaminazione da sostanze chimiche aggiunte al materiale di imballaggio
Una maggiore durata di conservazione degli alimenti grazie alla riduzione dei microrganismi e degli enzimi
il plasma freddo è stato utilizzato in medicina per anni come alternativa alla sterilizzazione chimica. È anche usato nell’industria alimentare, per rimuovere batteri e muffe dal cibo.
Plasma freddo e sanificazione
Disinfezione e sterilizzazione in campo medico. Il rapporto tra plasma freddo e sanificazione, grazie all’effetto battericida del plasma, è già noto. Il suo utilizzo è frequente per disinfettare gli strumenti chirurgici: l’obiettivo è quello di decontaminare senza danneggiare l’uomo o l’ambiente.
Purificazione dell’aria/condizionamento dell’aria: Il plasma freddo può essere usato per rimuovere microrganismi e altre sostanze inquinanti dall’aria. Ha anche una moltitudine di altri usi come l’odontoiatria e la sterilizzazione.
Numerosi studi sono ancora in corso per rendere il plasma freddo uno dei metodi di igienizzazione mani più utilizzati. Potrebbe ridurre drasticamente l’uso di agenti chimici e ne gioverebbe anche l’ambiente, riducendo i dispenser di plastica che contengono di solito questi gel disinfettanti.
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Perché il plasma freddo può essere importante?
Il plasma freddo è uno stato gassoso della materia. Non è un liquido, un solido o un gas. Ci sono diversi altri stati della materia che esistono oltre a questi tre, di cui probabilmente hai sentito parlare.
Il quarto stato della materia, che è un gas composto da particelle caricate elettricamente. Quando si riscalda un gas, le particelle si muovono più velocemente e vengono eccitate; questo è il plasma caldo. Il plasma freddo, invece, usa l’elettricità per eccitare le particelle come farebbe il calore.
Il concetto generale è che il plasma può essere usato su quasi tutti i materiali. Il plasma freddo può essere usato su materiali metallici, plastici e persino organici.
Coronavirus
Plasma freddo è antimicrobico?
Il plasma può cambiare le proprietà della superficie di un materiale. Per esempio, è possibile aumentare la natura idrofila o idrofoba di una superficie. Può anche essere usato per impartire funzionalità chimiche a una superficie.
Il plasma freddo può essere usato per cambiare la conduttività elettrica di una superficie o anche per sterilizzare un oggetto. Inoltre, come detto, il plasma freddo sia in grado di inattivare batteri, virus, funghi e persino spore senza danneggiare la struttura sottostante, come la pelle o le superfici.
Può essere utilizzato sia per le superfici (ad esempio, aerei, autobus, ecc.) che per i tessuti (abbigliamento), motivo per cui è sempre più popolare negli ultimi anni.
In particolare, nella lotta al covid-19.
Plasma freddo e covid-19
Il plasma freddo è una tecnologia medica che è già stata testata nel trattamento di disturbi della pelle, ustioni e ferite. Il plasma freddo può uccidere virus e batteri, ed è per questo che gli scienziati stanno attualmente studiando il rapporto tra plasma freddo e COVID-19.
Ha dimostrato di essere efficace su una vasta gamma di microrganismi e virus. Il plasma è un gas ionizzato, quindi può trasportare e fornire energia alla superficie, dove interagisce con i componenti delle cellule microbiche, causandone il danneggiamento. In questo modo, viene interrotto il loro processo di vita: i microbi, pertanto, non possono replicarsi o infettare altri.
Anche se siamo ancora nelle primissime fasi della ricerca sul plasma freddo come trattamento per la COVID-19, ci sono già stati alcuni risultati promettenti.
Gli studi in Germania
L’Università di Duisburg-Essen, sta conducendo degli studi su l’utilizzo del plasma freddo sulle superfici contaminate da coronavirus e potrebbe aiutare a ridurre il rischio di infezione per i pazienti negli ospedali.
Poiché il plasma freddo può distruggere virus e batteri, potrebbe essere utile nei reparti ospedalieri per disinfettare le superfici e le attrezzature. Tuttavia, anche se molti studi hanno dimostrato l’efficacia del plasma freddo, non è ancora chiaro quanto tempo dura il suo effetto.
Questo recente studio in Germania ha dimostrato che il plasma freddo può uccidere fino al 99,99% della SARS-CoV-2, il virus che causa la COVID-19 in condizioni di laboratorio.
il plasma freddo funziona contro i virus?
Il processo funziona creando un (gas “ionizzato”) plasma e tenuto vicino alla pelle di una persona. Gli ioni fluiscono poi da questa fonte attraverso l’aria, creando un campo invisibile di particelle elettricamente cariche chiamato “getto di plasma”.
Gli ioni del plasma freddo sono accelerati attraverso l’aria e si scontrano con polvere, batteri e virus. Le collisioni danneggiano la loro membrana cellulare, facendo morire i batteri, virus e agenti patogeni.
L’energia prodotta rompe le molecole di sostanze nocive come virus e batteri al contatto, rendendole inattive e risultando innocuo per le cellule epiteliali umane.
I vantaggi del plasma freddo
Ci sono diversi vantaggi in questa tecnologia al plasma freddo applicata alla prevenzione antimicrobica:
Funziona senza prodotti chimici o additivi. Il risultato è aria pulita senza l’odore di disinfettanti o spray.
È efficace contro i super batteri che sono diventati resistenti agli antibiotici (per esempio lo stafilococco).
Il processo è completamente asciutto, quindi non c’è bisogno di pulire dopo l’uso.
Funziona velocemente (in pochi minuti).
Il plasma freddo ha quattro vantaggi principali rispetto ad altri metodi di sanificazione:
uccide i batteri nocivi;
può essere applicato a una vasta gamma di superfici;
non produce composti secondari nocivi;
è sicuro per gli esseri umani.
Il plasma freddo non utilizza sostanze chimiche dannose
Non genera calore
Non produce sottoprodotti tossici
I tempi di trattamento sono brevi (10-30 secondi)
Il plasma freddo può essere generato utilizzando aria, azoto, argon o altri gas, o una combinazione di gas.
Nel prossimo paragrafo, invece, vedremo come realmente l’utilizzo diffuso di questa tecnologia del plasma potrebbe contribuire in modo decisivo a combattere la grande piaga ecologica relativa a produzioni chimiche e smaltimento materiali plastici.
Plasma freddo e Ambiente
Proprio i metodi con cui si crea e agisce il plasma freddo sono fonte di studio anche in ambito ecosostenibilità.
Questi fattori rendono il plasma freddo un’alternativa attraente ai metodi di igienizzazione tradizionali come alcool, cloro o detergenti a base di antibiotici.
Oltre alla sua efficacia, questa tecnologia non richiede l’uso di prodotti chimici e non ha alcun impatto sulla salute umana o sull’ambiente. Il plasma freddo è, pertanto, un approccio completamente nuovo per risolvere il problema dell’inquinamento chimico.
Si ritiene che il plasma esista in natura dall’inizio dei tempi, ma solo recentemente è diventato possibile creare plasma artificialmente nei laboratori.
Le caratteristiche chiave del plasma freddo (la sua bassa temperatura e l’alta densità di energia), lo rendono uno strumento ideale per il trattamento di vari materiali.
Può essere utilizzato, come detto, per la disinfezione delle superfici, la rimozione degli odori, la decontaminazione e la sterilizzazione di diversi materiali su scala industriale. Attività che, attualmente, richiedono l’uso di sostanze e prodotti chimici, altamente inquinanti.
Adottare la tecnologia al plasma per la disinfezione, la sanificazione e l’igienizzazione ridurrebbe, su larga scala, l’impatto di molti materiali chimici, scarti industriali utilizzati per tali operazioni, senza contare tutto ciò che ne conseguirebbe in termini di riduzione di recipienti in plastica.
Conclusioni
In conclusione, il plasma freddo emette specie pure, altamente attive e ossidative che possono fare molte cose tra cui l’attivazione di terapie, la disattivazione di microbi, l’individuazione e il trattamento di malattie.
Le applicazioni del plasma freddo sono molto diffuse. È utilizzato in una varietà di industrie come quella farmaceutica, automobilistica e aerospaziale, dell’energia e della medicina
Ora che sai di più sul plasma freddo, probabilmente sarai più interessato che mai alle applicazioni di questa tecnologia.
Ci auguriamo che tu voglia continuare a seguirci sull’argomento, e non vediamo l’ora di pubblicare altri articoli su questo interessante campo della tecnologia al plasma freddo.