Attualmente, l'economia energetica dei paesi industrializzati si basa in larga parte sull’impiego di combustibili fossili. L’uso di questi combustibili ha provocato nel corso degli anni un notevole impatto ambientale: smog, problemi respiratori, effetto serra (con conseguente riscaldamento globale della terra), sono solo alcuni degli effetti dannosi direttamente collegabili alla combustione di combustibili fossili. E’ ormai unanime il consenso alla necessità di utilizzare fonti di energia più pulite per ridurre le emissioni di gas inquinanti e di CO2 per limitare l'effetto serra.
I materiali hanno un ruolo cruciale per lo sviluppo di nuove tecnologie di produzione di energia a basso impatto ambientale. Molto interesse è rivolto alle celle a combustibile, che sono dispositivi elettrochimici in grado di convertire direttamente l'energia chimica del combustibile in energia elettrica. Grazie alle loro caratteristiche operative e per l'ampiezza delle possibili applicazioni (tra le altre, generazione e distribuzione di energia elettrica, settore industriale, trazione veicolare), esse costituiscono uno dei sistemi di produzione di energia più promettenti in alternativa alla combustione diretta, poiché uniscono elevate efficienze (dal 40 al 70% a seconda del tipo di cella e del tipo di combustibile) ad un impatto ambientale molto ridotto. La riduzione delle emissioni inquinanti è legata alla possibilità di usare idrogeno come combustibile, e quindi di produrre unicamente vapor acqueo dalle operazioni di produzione d’energia. La possibilità di utilizzare in pratica le celle a combustibile è strettamente legata allo sviluppo e/o miglioramento dei materiali utilizzati per questo scopo. I materiali giocano un ruolo fondamentale anche per lo sviluppo di altre tecnologie "pulite", quali la produzione di energia solare tramite celle fotovoltaiche, o l'accumulo e conversione di energia con batterie.
Grande importanza assumono i materiali anche in altre problematiche ambientali, legate alle emissioni di inquinanti, specialmente da autoveicoli, i quali rappresentano percentualmente la fonte principale di CO e di ossidi di azoto. Ad esempio, lo sviluppo di ossidi semiconduttori può permettere la preparazione di sensori di gas come alternativa a basso costo alle strumentazioni spettroscopiche convenzionali per il monitoraggio atmosferico. Un'altra applicazione importante è quella dei sensori elettrochimici per il controllo delle emissioni degli autoveicoli, come ad esempio la sonda lambda utilizzata per il controllo della marmitta catalitica a tre vie.
E' chiaro quindi come lo studio dei materiali per l'ambiente e l'energia assuma quindi un ruolo rilevante nella società attuale. Il corso di Dottorato in Materiali per l'Ambiente e l'Energia, attivato nell'a.a. 2001/02 presso l'Università di Roma Tor Vergata, si pone l’obiettivo di offrire formazione in questo settore emergente e ad elevata qualificazione. Lo scopo di questo corso di Dottorato di ricerca è quello di formare figure di esperti nel settore dei materiali per applicazioni ambientali e per l'energia che possano trovare occupazione in futuro non solo in campo accademico o della ricerca, ma anche in settori industriali. Vista però la ancora scarsa ricettività dell'industria italiana, è sembrato anche importante cercare di creare un profilo di esperto che abbia una levatura internazionale; questo sia per aumentare l'interesse delle industrie potenzialmente interessate che per tutelare il dottorando in maniera tale che possa spendere le sue competenze, nel caso, anche a livello internazionale.
Per questo scopo il Corso di Dottorato in Materiali per l'Ambiente e l'Energia prevede dei programmi congiunti con la University of Florida, con la Ehime University e con l'Université de Provence, Aix-Marseille I. Questi programmi nascono da attività di collaborazione di ricerca instaurate da molti anni dal proponente con il Prof. Eric D. Wachsman, il Prof. Yoshihiko Sadaoka ed il Prof. Philippe Knauth, che hanno competenze di assoluta eccellenza nel campo dei materiali per l'ambiente e l'energia. In particolare, il Prof. Wachsman è uno dei massimi esperti internazionali nel campo delle applicazioni degli elettroceramici all'energia e si occupa dello studio di ossidi ceramici conduttori misti ionici-elettronici per applicazioni in membrane per la permeazione dell'ossigeno, che potranno essere alla base della prossima generazione delle tecnologie di separazione di gas, e in celle a combustibile a ossidi solidi. Il Prof. Sadaoka è uno dei massimi esperti internazionali nel campo dei sensori chimici e si occupa di una vasta gamma di sensori, sia ottici che elettrochimici che a semiconduttore, per la rilevazione di gas tossici in concentrazioni molto basse e per il controllo della qualità dell'aria in ambienti chiusi. Invece il Prof. Knauth è uno dei massimi esperti internazionali nel campo dello studio di conduttori ionici a stato solido nanocristallini, per applicazioni in sensori, batterie e celle a combustibile. Alcune industrie sia italiane che europee hanno manifestato interesse per questa iniziativa. Infine c’è una stretta collaborazione anche con l’Istituto TAE del CNR di Messina, che è uno dei principali soggetti di ricerca in campo ambientale ed energetico in Italia e nel mondo.
Lo studio dei materiali per l'ambiente e l'energia prevede una complessa interrelazione tra sintesi, produzione, chimica, struttura, ed ingegnerizzazione, che richiede uno sforzo veramente interdisciplinare, e quindi studenti con background diversi (Ingegneria, Chimica, Fisica) sono ammessi al corso.
Il dottorato è articolato in 3 anni. Durante questo periodo ogni studente deve svolgere in modo autonomo un'attività di ricerca originale da svolgersi in due sedi universitarie, per quelli che seguono un percorso di dottorato congiunto, che si conclude con la stesura di una tesi in inglese. Per ottenere il titolo, lo studente dovrà ottenere un numero di crediti pari a 180, legati in maggior parte ad attività di ricerca, e quindi di fruizione di brevi corsi specialistici e di seminari. I corsi specialistici sono organizzati in maniera tale da permettere anche di invitare professori esterni al collegio docenti, scelti tra i maggiori esperti mondiali nel settore. Il numero di crediti che lo studente dovrà acquisire all'estero dovrà essere compreso tra 60 a 90, corrispondente a periodi compresi tra 12 e 18 mesi. Inoltre, ogni studente dovrà perfezionare la propria formazione nel campo mediante lo studio di alcuni argomenti caratterizzanti con l'assistenza di un tutore il quale valuterà la preparazione raggiunta. Queste attività serviranno per valutare in itinere la qualità del processo formativo degli studenti, e saranno possibili grazie al numero relativamente basso di studenti previsto. La preparazione sarà completata mediante partecipazione a seminari e convegni internazionali dove gli studenti presenteranno i risultati delle loro ricerche. Si valuterà la possibilità di far svolgere stage di alcuni mesi presso un'industria del settore.
In definitiva ci si aspetta di creare una figura professionale ad alto profilo, attualmente non disponibile in Italia ma rara anche all'estero, che sia in grado di operare in un settore scientifico e tecnologico chiave come quello dei materiali per l'ambiente e l'energia, e di
creare sbocchi professionali qualificati non solo nel campo della ricerca ma anche in settori industriali all'avanguardia come quelli dell'energia e dell'ambiente. Si intende anche stimolare l'attività industriale italiana nella piccola e media industria in questi settori, dando gli strumenti ad alcuni dottorandi che desiderino intraprendere la strada imprenditoriale.