Roma sceglie il sostenibile

Si è tenuto ieri a Roma, presso l’Aranciera di San Sisto, il convegno Roma sceglie sostenibile alla presenza del sindaco Gianni Alemanno e del Ministro dell'Ambiente Corrado Clini

Roma è la seconda città in Italia per la densità veicolare, con 708 autovetture ogni mille abitanti! I valori medi delle città metropolitane italiane ed europee sono inferiori a questa cifra: 617 veicoli per abitante a livello italiano, e 470 veicoli per abitante a livello europeo. Inoltre, i dati relativi alle abitudini di spostamento a Roma, nelle ore di punta, evidenziano la netta prevalenza dell’uso dei mezzi privati (esattamente il 67 per cento tra autovetture e ciclomotori) rispetto ai mezzi pubblici (il 27 per cento circa). Da questi numeri è facile arguire come il settore dei trasporti sia responsabile, nella Capitale d’Italia, della immissione in atmosfera di una larga quota di CO2. Questo è uno dei punti di partenza, certamente molto significativo, per la stesura e per la presentazione (avvenuta di fronte ad un pubblico folto e qualificato presso l’Aranciera di San Sisto alla Passeggiata Archeologica a Roma) dell’importante e qualificante Manifesto per la Sostenibilità Ambientale, curato e redatto dall’Assessorato all’Ambiente di Roma Capitale. Sono stati presenti, ed hanno dato il loro contributo attivo con interventi molto interessanti, il Ministro dell’Ambiente Corrado Clini, il Sindaco di Roma Gianni Alemanno, l’Assessore all’Ambiente di Roma Capitale Marco Visconti, nonché Monsignor Liberio Andreatta,Danilo Troncarelli, Gian Piero Joime, Massimo Bruno, Jacques Bousquet, Giancarlo Cremonesi, Andrea De Priamo, Alberto Frausin, Guidalberto Guidi, Mauro Moretti, Edo Ronchi, Lorenzo Sistino, Livio de Santoli, tutti moderati e coordinati dal vicedirettore di Rai2, Rocco Tolfa. Questo importante Manifesto, in linea con le direttive europee e con gli intendimenti del Governo italiano e del Ministero dell’Ambiente, si rivolge ai principali attori commerciali, industriali ed economici della Capitale, che hanno raccolto con grande entusiasmo e con totale disponibilità l’appello del Campidoglio per realizzare azione concrete e a breve scadenza per la sostenibilità dell’intero territorio di Roma Capitale. Questo Manifesto ha già ricevuto 42 adesioni di aziende (per un fatturato complessivo pari a circa 94 miliardi di euro), adesioni che si tradurranno entro la fine del 2012 in altrettante azioni nel campo della sostenibilità ambientale: sperimentazioni di veicoli elettrici, ibridi e a metano; incentivazione degli spostamenti casa-lavoro in bicicletta; piantumazione di  alberi e riqualificazione delle ville storiche; introduzione delle colonnine di ricarica; adozione di sistemi innovativi per la produzione. Il processo per Roma Sostenibile è stata avviato da circa un biennio con la redazione del PAES, ovvero il Piano di Azione per l’Energia Sostenibile, un progetto che descrive i principali settori di intervento, nonché le azioni da realizzare per raggiungere l’obiettivo della riduzione del venti per cento della CO2 entro l’anno 2020. Lo strumento strategico per la attuazione delle politiche di contrasto ai cambiamenti climatici e per l’attuazione del suddetto PAES è costituito dall’Osservatorio Ambientale, istituito con il supporto del Ministero dell’Ambiente presso il Dipartimento all’Ambiente di Roma Capitale. Questo Osservatorio è affiancato da un Comitato tecnico-scientifico composto da dodici esperti in materia di sostenibilità ambientale, che ha lo scopo ed il compito di indirizzare le scelte della Amministrazione Capitolina, nonché di sollecitare una sempre maggiore consapevolezza sui temi dell’ambiente urbano e periferico. Per concludere, le linee di azione previste dal PAES sono le seguenti: sensibilizzazione, formazione e partecipazione dei cittadini per uso delle fonti di energie rinnovabili, mobilità sostenibile urbana, raccolta differenziata dei rifiuti, efficienza energetica degli edifici, sviluppo delle smart grid e acquisti verdi, mentre la strategia di Roma Capitale con obiettivi fissati all’anno 2014 riguardano una vasta serie di misure di incentivazione di sensibilizzazione, un adeguato ed indispensabile sviluppo delle infrastrutture ed un vasto coinvolgimento delle aziende e delle associazioni per il raggiungimento di tutti gli obiettivi  del Piano.

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“.