La città galleggiante nigeriana contro le inondazioni

Una comunità flottante ecologica sorgerà sulle rive della laguna di Lagos entro il 2014, accogliendo gli abitanti delle slums nelle prime case galleggianti ad energia pulita.

(Rinnovabili.it) – Ci troviamo al largo della laguna di Lagos in Nigeria, dove le ripetute alluvioni che ciclicamente distruggono le affollatissime slums della comunità di Makoko, hanno spinto i progettisti della NLE Architects a realizzare una vera e propria scuola flottante, la prima di numerose altre case galleggianti.

La necessità di reagire alle problematiche causate dal cambiamento climatico ha portato a produrre soluzioni sempre più originali ed innovative, rispondendo a precise esigenze umane e con l’aiuto di design sempre più affascinante, come la realizzazione di abitazioni galleggianti o anfibie.

Sponsorizzato nientemeno che dallo United Nations Development Programme (UNDP) e dalla fondazione tedesca Heinrich Boell, questo progetto fa parte di un programma più ampio suddiviso in tre fasi che permetterà di realizzare un’intera comunità flottante nella laguna di Lagos, partendo prima di tutto dalla “Scuola flottante Makoko“.

Uno degli aspetti più importanti, preso in considerazione dai progettisti, è l’attenzione alla cultura ed alle tradizioni del posto, coinvolgendo in prima persona le comunità locali nella realizzazione del progetto senza imporre uno stile di vita incomprensibile o inaccessibile alle persone che qui dovranno vivere.

MAKOKO FLOATING SCHOOL – La prima delle tre fasi di realizzazione della Lagos Water Community si è conclusa lo scorso mese con l’ultimazione della Scuola flottante. Impiegando esclusivamente materiali locali, tra i quali il legno ha fatto da padrone, è stato possibile costruire un edificio molto particolare, a sezione triangolare, ma soprattutto capace di navigare lungo le acque del lago.

La particolare forma della struttura ha permesso di sviluppare la scuola su tre differenti livelli:

• il piano più basso, a livello dell’acqua, dove è stato inserito un parco giochi ed una sorta di giardino pensile composto principalmente da arbusti coltivabili;
• il secondo livello, parzialmente chiuso con doghe regolabili e dove trova posto l’aula per le lezioni;
• un terzo piano aperto, destinato ad un’aula supplementare per le lezioni all’aperto.

Per sfruttare le lunghe ore di sole quotidiane e nel corso di tutto l’anno, i progettisti della NLE Architects, hanno deciso di inserire sulla copertura inclinata della Scuola flottante una serie di pannelli fotovoltaici per produrre una parte dell’elettricità necessaria a rendere le attività il più possibile autosostenibili. La struttura inoltre è dotata di un impianto per la raccolta delle acque piovane, convogliate attraverso un ingegnoso sistema fino ad un bacino collocato sotto alla struttura. I listelli di legno disposti lungo le pareti permettono di riparare le aule interne dal sole diretto e dalla pioggia, lasciando però filtrare naturalmente l’aria per mantenere la temperatura interna piacevole.

Ma come galleggia la struttura? Il sistema nient’altro è composto che da una serie di botti di plastica, solitamente utilizzati per il trasporto dell’acqua o del cibo che, adeguatamente assemblate, permettono sia il galleggiamento della struttura che l’eventuale raccolta dell’acqua piovana per uno o due elementi. Gli eventuali dubbi sulla resistenza della struttura, sono statti completamente sfatati il giorno dell’inaugurazione, quando l’intera comunità locale decise di provare questa incredibile nuova costruzione affollando la scuola flottante che ha resistito senza alcun cedimento.

SECONDA E TERZA FASE – La seconda fase del progetto prevede la realizzazione di una serie di abitazioni flottanti, seguendo l’esempio della scuola. Le strutture saranno studiate per galleggiare indipendentemente o per essere affiancate tra loro, formando piccoli agglomerati comunitari. Entro il 2014 verrà completata anche l’ultima fase, la più consistente delle tre e che porterà alla formazione della “Lagos Water Community”, una città flottante che accoglierà tutte le persone che ora occupano le slums, permettendo di migliorare la loro qualità di vita, rendendola soprattutto più sicura.

L’ingegnosità dei progettisti ha inoltre previsto l’inserimento, in tutte le abitazioni, di uno speciale dispositivo, elaborato dalla società giapponese air danshin systems inc, in grado di captare i movimenti anomali dell’abitazione (terremoti, alluvioni, tempeste) ed azionare di conseguenza un compressore che pompa aria nella camera di galleggiamento sottostante, aumentando l’equilibrio e la sicurezza della struttura.

Il progetto pilota per la Scuola e l’intera comunità flottante, rappresentano un innovativo esempio virtuoso di integrazione tra le esigenze sociali e le problematiche naturali, senza rinunciare ad un sistema costruttivo ecologico e alternativo, per rispondere positivamente a precise esigenze della sovraffollata regione del Lagos.

La Lagos Water Community è solo una delle numerose esperienze che in giro per il mondo stanno sperimentando queste nuove soluzioni urbane, individuando soluzioni impensabili per problemi reali.

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“.