Qual buon vento…

Si celebra oggi in tutto il pianeta la Giornata del Vento. Convegni, manifestazioni ed eventi avvicineranno grandi e piccoli ad una delle fonti energetiche rinnovabili più diffuse e produttive

Ogni 15 giugno il pianeta celebra il vento. Fonte di energia pulita ed inesauribile sin dai tempi antichi è stato sfruttato come forza motrice per il funzionamento, ad esempio, dei mulini ma è grazie alle più moderne tecnologie che dal vento può essere generata una notevole quantità di energia elettrica a basso impatto ambientale.

A sottolineare le virtù di questa fonte rinnovabile le celebrazioni che si svolgeranno nel corso della Giornata Mondiale del Vento, coordinata dall’Associazione Europea per l’Energia Eolica (EWEA) e dalla Global Wind Energy Association (GWEC).

In ogni nazione aderente avranno luogo manifestazioni, incontri, convegni e rappresentazioni che oltre a comunicare i vantaggi dello sfruttamento delle fonti alternative di energia si prefiggono di avvicinare la popolazione a settori tecnici che spesso appaiono troppo complessi. A livello globale la Giornata ha richiamato l’attenzione dando la possibilità di partecipare ad un concorso che ha dimostrato, vista la partecipazione numerosa, l’interesse del pubblico per le rinnovabili. Oltre 2.300 fotografie provenienti da 40 diversi paesi sono infatti arrivate all’indirizzo del concorso catturando a seconda della sensibilità il senso dell’energia del vento.

IN ITALIA la manifestazione, che ha ricevuto i Patrocini dei Ministeri dello Sviluppo Economico e dell’Ambiente, del Comune di Roma e l’adesione del Presidente della Repubblica sarà coordinata dall’ANEV, l’Associazione Nazionale per l’Energia del Vento che come ogni anno ha organizzato una fitta giornata, ricca di eventi e convegni coordinati dal presidente Simone Togni, che abbiamo intervistato per voi. Ad ospitare il programma romano quest’anno però non sarà Villa Borghese, dove da anni hanno luogo, nelle sale del Palaenergia ANEV, corsi di formazione e convegni per curiosi ed addetti ai lavori ma anche laboratori didattici per i più piccoli. Gli eventi ANEV infatti, per il decimo compleanno dell’Associazione, saranno ospitati dalla Basilicata, dove sorgono numerosi parchi eolici. Ma le fattorie del vento sono ormai in funzione in ben 75 paesi e producono energia zero emissioni, dando lavoro a centinaia di migliaia di persone sia in fase di costruzione degli impianti sia nelle fasi di funzionamento e manutenzione delle strutture, che in occasione del Global Wind Day potranno essere visitati.

LA PRODUZIONE DI ENERGIA Dal recente sondaggio ANEV la popolazione italiana è apparsa favorevole per il 90% all’energia del vento, dato che evidenzia l’importanza della fonte che a livello nazionale, nel 2011, ha contribuito all’interno della produzione totale ottenuta da fonti green, al 26% del totale e al 14% calcolato sull’interno mix nazionale, che tiene conto anche dell’energia ottenuta da fonti fossili. Gli oltre 6,8 GW di eolico installati nel 2011 nostro Paese hanno permesso di produrre energia elettrica pari al fabbisogno di 4,9 milioni di famiglie evitando di immettere in atmosfera circa 7,4 tonnellate di CO2. Una produzione, ha sottolineato Legambiente nel documento “La forza del Vento” pubblicato ieri in vista della Giornata del Vento, che nel 2011 ha registrato una crescita dell’11,4% rispetto all’anno precedente, equivalenti ad una generazione energetica di 10,1 TWh che ha permesso di coprire il 3,3% del fabbisogno nazionale.

Attualmente sul territorio si contano circa 7,25 GW installati con un potenziale stimato a 16 GW entro il 2020 (stime fornite da ANEV) mentre nel Mondo la crescita in questi anni è stata eccezionale, con 237 GW installati al 2011 a livello globale e un appetito risvegliatosi, nell’ultimo anno, in particolare in Brasile, Cina, Stati Uniti.

LE FORME DELL’EOLICO Ma parlare di wind energy non significa solo fare riferimento a grandi pale istallate dove il vento soffia con maggiore intensità. Si sta dando sempre maggiore spazio infatti all’eolico offshore, o eolico fuori costa, per descrivere una serie di istallazioni posizionate a largo delle coste nelle zone che sfruttano le intense brezze marine. Pale eoliche quindi istallate su piattaforme sottomarine o galleggianti collegate alla terraferma di fitte reti di collegamenti sottomarini. Ma il panorama comprende anche mini e microeolico, ovvero istallazioni di dimensioni e potenza decisamente inferiori che possono aiutare le aziende ma anche i condomini a produrre l’energia green di cui hanno bisogno e che grazie all’architettura moderna offrono un design e un’integrazione tale da renderle oltre che efficienti, piacevoli alla vista.

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. 

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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“.