Le vernici per la ricerca spaziale

UN PROGETTO CON CNR ED ESA
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Nel

2023

l’Agenzia Spaziale Europea lancerà in orbita Flex.
Il satellite, che monitorerà su scala mondiale
lo stato di salute della vegetazione,
dialogherà con una finitura prodotta
nei laboratori Renner Italia

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el 50° anniversario dello sbarco sulla Luna, l’ottava missione Earth Explorer di Esa coinvolge Renner Italia e il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR).

Flex, acronimo di Fluorescence Explorer, è il satellite che l’Agenzia Spaziale Europea lancerà in orbita nel 2023 per monitorare la salute delle foreste. Sarà dotato di uno strumento in grado di mappare la fluorescenza della vegetazione nel dominio spettrale tra 500 e 880 nanometri, rilevando la luce emessa dalle piante. A 815 km dalla superficie terrestre, Flex realizzerà un sistematico check-up del tenue bagliore rossastro emesso dalle piante durante la fotosintesi clorofilliana. Invisibile all’occhio umano, la fluorescenza delle piante è un formidabile strumento diagnostico, capace di quantificare l’attività di fotosintesi dei sistemi terrestri e rivelare lo stress della vegetazione.

Cambiamenti globali

L’emissione di gas serra causa un rapido mutamento del clima.  Ma non è l’unico fattore di cambiamento. Secondo la Fao, dal 1990 a oggi abbiamo cancellato 130 milioni di ettari di foresta. Una superficie immensa: equiparabile all’intero Sud Africa. Quattro volte l’Italia. Aree sempre più estese vengono messe a coltura.

Il trend va tenuto sotto osservazione. Secondo l’Intergovernamental Panel on Climate Change, l’atmosfera subirà un significativo riscaldamento. Si assisterà a un sensibile aumento del livello del mare e a forti crisi di siccità.

Nel 2050 la popolazione mondiale passerà dagli attuali 7,7 a 9/11 miliardi di individui con inevitabili ricadute sulle risorse naturali. La Banca Mondiale stima un incremento della richiesta di cibo tra il 50 e il 100%. L’esplosione demografica inciderà sulla domanda di acqua (raddoppierà) e di energia (potrebbe perfino triplicare).

È ora di fermarsi e abbracciare convintamente i dettami della bioeconomia che trova radici nell’utilizzo sostenibile delle materie prime.

Un indicatore affidabile dell’attività di fotosintesi supporterà la corretta gestione delle risorse naturali e, in particolar modo, dell’agricoltura. Flex nasce proprio per questo scopo.

La fotosintesi
e la vita sulla Terra

La fotosintesi è il processo che permette il perpetuarsi della vita sulla Terra. Utilizzando l’energia del sole ricicla un rifiuto (CO2) per produrre l’ossigeno che respiriamo, il cibo che mangiamo e una enorme quantità di materiali che sfruttiamo incessantemente, come il legno e le fibre tessili.

Considerato il ruolo ricoperto dalla fotosintesi per la vita sulla Terra, quella di Flex è una missione di eccezionale importanza. La fotosintesi clorofilliana è il processo biochimico di produzione primaria di composti organici da sostanze inorganiche.

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Il satellite Flex permonitorarelo stato di salute delle foreste

Le piante usano la luce solare come fonte di energia per crescere e riprodursi. Ma la radiazione assorbita è spesso in eccesso e deve essere quindi dissipata. I sistemi fotosintetici la dissipano in parte sotto forma di luce a lunghezze d’onda comprese fra 640 e 800 nanometri. Siamo al confine tra il rosso e l’infrarosso vicino. Catturare questo segnale luminoso consente di valutare in tempo reale l’efficienza del processo biochimico e le condizioni fisiche delle piante. Ed è proprio questo il campo di azione dello spettrometro di cui sarà dotato il satellite Flex.

In condizioni di siccità, ad esempio, lo stress vegetale si manifesta con una riduzione del segnale di fluorescenza che permette di stimare con tempi precoci eventuali carenze idriche.

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Il ruolo del Cnr
e il coinvolgimento
di Renner Italia

Affinché Flex mantenga inalterata l’accuratezza delle sue misure, lo spettrometro di bordo deve comparare la fluorescenza variabile della clorofilla con quella di un emettitore a segnale costante e noto.

Il satellite deve cioè rilevare l’emissione di una superficie artificiale con caratteristiche spettrali simili a quelle della riflettanza e della fluorescenza della clorofilla.

Su indicazione dei ricercatori del Cnr, il laboratorio Renner ha formulato un ciclo di verniciatura idoneo a mantenere immutata l’emissione di una molecola luminescente opportunamente selezionata, con un segnale simile a quello delle piante. Renner ha poi fornito una superficie su cui è stata applicata la vernice.

«L’emissione tra il rosso e l’infrarosso della vernice – spiega Nicola Armaroli del Cnr – riproduce in sostanza il comportamento delle piante. Abbiamo appena finito di testare una superficie di 100 metri quadri posizionata nel Grossetano. Le scansioni sono state effettuate da un aereo di ricerca (CzechGlobe, Repubblica Ceca) munito di spettrometri appositamente progettati. Ma quando il satellite FLEX andrà in orbita, nel 2023, allora potremmo aver bisogno di superfici verniciate di oltre un chilometro quadrato di ampiezza».

«Le misure a terra hanno riguardato molte delle proprietà ottiche della vegetazione e serviranno a chiarire sempre meglio le potenzialità delle misure di fluorescenza delle piante – aggiunge Lorenzo Genesio anche lui del CNR – Tali misure sono state il frutto del lavoro di un team internazionale coordinato da noi  e  formato dai ricercatori del Centro di Ricerca tedesco di Julich, dell’Università di Milano Bicocca e della Fondazione Clima e Sostenibilità, affiancati da un’équipe dell’Universitá di Zurigo».

«Mettere la chimica delle vernici al servizio di un progetto Esa e Cnr per i ricercatori Renner Italia è motivo di soddisfazione – commenta il direttore di laboratorio Renner, Luigi Benni. L’impegno per l’ambiente è una delle priorità della nostra ricerca».

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Gli otto satelliti
Earth Explorer
per curare il pianeta

Flex è l’ultima delle missioni scientifiche di ESA finalizzate all’Osservazione della Terra. Sono già in orbita:

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