L'evento permetterà di presentare le potenzialità del micro-hydro per le reti irrigue del Piemonte, mettendo in contatto i professionisti di MHY-TEC con i consorzi della regione.

(Rinnovabili.it) – Una nuova opportunità di crescita e risparmio si sta facendo strada tra i consorzi del Piemonte, grazie alle riscoperte potenzialità del micro-hydro.

A porre l’accento sull’argomento saranno i professionisti di “MHY-TEC”, il nuovo Centro di Innovazione per la Promozione e la Diffusione del Micro-Hydro, creato nell’ambito del Polo di Innovazione Regionale “Energie Rinnovabili e Mini Hydro” (ENERMHY, di cui il soggetto gestore è il Consorzio vercellese “Università ed Impresa” (UN.I.VER)  che, in occasione dell’incontro promosso dall’associazione Acque Irrigue Cuneesi e dall’Unione Regionale Bonifiche Irrigazioni Piemonte (U.R.B.I.P) con il patrocinio della Provincia di Cuneo, si presenteranno a tutte le realtà interessate al mondo degli impianti idroelettrici di piccola e piccolissima taglia.

L’evento, dal titolo “Il micro-hydro sulle reti irrigue del Piemonte: un’opportunità per i consorzi”, si svolgerà a Cherasco, in Provincia di Cuneo, il prossimo Venerdì 19 aprile presso l’hotel Holiday Inn Express Langhe– Località Casello Marene-Cherasco.

Dopo l’apertura dei lavori seguirà la relazione di Roberto Isola, Coordinatore tecnico del MHY-TEC, che illustrerà le potenzialità e le finalità del nuovo Centro di Innovazione per la Promozione e Diffusione del Micro-Hydro. Il MHY-TEC nasce in Piemonte dai cinque anni di esperienza del Polo Regionale d’Innovazione “ENERMHY” con lo scopo di consolidare e incrementare la competenza maturata con lo sviluppo dei progetti del Polo stesso. Un impegno attivo che in questi anni ha coinvolto complessivamente 114 aziende, 3 Università ed un ente di ricerca, nelle attività realizzate dalle che hanno aderito ad ENERMHY.

E’ importante sottolineare come i progetti avviati dal Polo ENERMHY nel settore dell’idroelettrico si proponessero di rendere sostenibili dal punto di vista economico ed ambientale i numerosi piccoli e piccolissimi impianti con potenze intorno a un centinaio di kW, compreso anche il recupero dei vecchi mulini. Infatti, le numerose e possibili soluzioni tecniche, già testate e sperimentate nell’ambito dei progetti e degli studi del Polo, rappresentano ora un bagaglio di conoscenze innovative da cui attingere e da mettere a disposizione degli operatori del settore, insieme alle competenze espresse dalle aziende aderenti, dal Soggetto Gestore e dal Politecnico di Torino.

Ricerca e “Best practice”

La prima parte del seminario vedrà la partecipazione di numerosi docenti e ricercatori del Politecnico di Torino che hanno seguito i principali progetti di ricerca sperimentale per la traiettoria del mini-hydro, tra i quali Paolo Ferraris, docente del Centro di Servizio per la Gestione della sede di Alessandria (CESAL), che parlerà di “Energia idroelettrica dei canali”; Roberto Revelli, Ilaria Butera e Davide Poggi del Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI).

Al termine una tavola rotonda permetterà di scoprire le innumerevoli potenzialità che gli impianti idroelettrici di media e piccola taglia potrebbero mettere a disposizione dei consorzi. Una tecnologia pulita ed estremamente efficiente, assolutamente compatibile con gli indirizzi nazionali e regionali in materia energetica e ambientale e, automaticamente, con gli obiettivi dell’Unione Europea, espressi con la dicitura 20-20-20.

“Fondamentale per poter “attrezzare” un sito di microhydro risulta la disponibilità della soluzione tecnologica più adatta e che contenga il più possibile i costi di investimento (opere civili, giranti e apparati di generazione) – commenta l’Ing. Roberto Isola, Coordinatore Tecnico del Polo ENERMHY e del Centro Micro-Tech – La soluzione idonea, sia in termini di sostenibilità economica, sia in termini di sostenibilità ambientale, deve emergere da un ampia varietà di proposte innovative e non da una semplice riduzione in scala delle tecnologie note e adatte alle taglie di maggiore potenza. Ecco allora che dalla necessità di contribuire al trasferimento verso il mercato delle tecnologie innovative testate nell’ambito del Polo e al contempo di coniugare l’innovazione dei processi di utilizzo energetico delmicro-hydro con le peculiarità dell’ambiente e del territorio, nasce MHY-TEC – Centro di Innovazionesul Microhydro”.

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Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.