Greenbuilding: la top ten del 2015

I 10 progetti di greenbuilding pubblicati da Rinnovabili.it più interessanti del 2015. Ecco le architetture migliori di quest'anno ricco di innovazioni

(Rinnovabili.it) – Il 2015 è stato un anno davvero fortunato per il greenbuilding. Il settore dell’architettura sostenibile è in forte crescita ed in tutto il mondo vengono brevettati nuovi materiali, progettati edifici sempre più efficienti e stanziati investimenti per migliorare l’efficienza in edilizia.

L’Expo di Milano è stata una vetrina per l’edilizia green, i padiglioni hanno testimoniato che i progettisti di tutto il mondo guardano nella stessa direzione e che la sostenibilità è uno dei temi centrali del panorama architettonico internazionale.

Le tendenze del greenbuilding di quest’anno sono state principalmente due: da una parte abbiamo il ritorno ai materiali naturali, alla tradizione, alle tecniche che utilizzavano i nostri avi per vivere in strutture accoglienti e sicure. Dall’altra parte c’è il progresso tecnologico, che sempre più spesso si mette al servizio delle architetture green. Tra stampanti 3D, balle di paglia, macchine a controllo numerico, terra cruda e droni costruttori possiamo aspettarci un 2016 davvero interessante.

La top ten del greenbuilding 2015

1 – Palazzo Italia dello Studio Nemesi

Il padiglione italiano dell’Esposizione Universale di Milano progettato dallo studio di architetti romani Nemesi vince il primo posto di questa classifica per l’uso del cemento come strumento per migliorare la qualità dell’aria di Milano. La miscela foto catalitica messa a punto da Italcementi è stata apprezzata per le qualità estetiche dovute al riciclo degli scarti delle cave del marmo di Carrara.

2 – Grattacielo peloso del Belatchew Lab Arkitektur

Questo grattacielo dal rivestimento singolare vuole sfruttare il vento per produrre energia attraverso il movimento dei “peli” che lo ricoprono. Il sistema utilizza la tecnologia piezoelettrica per trasformare l’ondeggiare delle sottili fibre in energia pulita e raggiungere un alto grado di efficienza.

3 – Aurora di Cernobyl di Zhang Zehua, Song Qiang e Liu Yameng

Questo grattacielo utilizza un rivestimento stratificato per illuminarsi assorbendo le radiazioni nucleari della città colpita dalla catastrofe del 1986. Secondo gli architetti grazie alla tecnologia sviluppata per “Unexpected Aurora”, quando il grattacielo smetterà di brillare la città sarà di nuovo sicura.

4 – La casa d’acqua di Matyas Gutai

Un ricercatore trentaquattrenne ungherese a escogitato il sistema per isolare le pareti servendosi del più semplice dei materiali: l’acqua. Nell’abitazione che ha realizzato a Budapest due lastre di vetro sono riempite con semplice H2O, mentre un sistema di controllo monitora la temperatura degli ambienti. Quando è necessario, l’energia termica immagazzinata nelle fondamenta della costruzione viene rilasciata per scaldare le pareti.

5 – Waternest di Giancarlo Zema

Le abitazioni galleggianti progettate dall’architetto italiano che ha collaborato con l’azienda EcoFloLife è realizzata per il 98% con materiali naturali. La struttura in legno lamellare di questa dimora circolare è protetta da un guscio di alluminio mentre i 60 metri quadri di silicio amorfo in copertura producono energia pulita.

6 – Hualien Residence dei BIG

Questa casa vacanze per anziani sagomata come una catena montuosa in miniatura con il green roof ed i pannelli fotovoltaici riescono a garantire altissime prestazioni al resort vetrato per “vecchietti ancora arzilli”.

7 – Marina One di Gustafson Porter e Ingenhoven Architects

Questo grattacielo di Singapore entra tra i dieci capolavori del greenbuilding per i tre giardini che ne fanno una foresta urbana. La corte interna, sagomata come un pendio con ripide curve di livello, ospita il più grande santuario urbano del distretto per uffici della città stato. A completare la foresta il green roof ed il giardino di fonte al grattacielo verde.

8 – Wangjing SOHO di Zaha Hadid

Il progetto che ha fatto vincere alla regina dell’architettura anglo irachena il prestigioso Emporis Skyscraper Award 2014, sono le due montagne green di Pechino. Questi due grattacieli tondeggianti oltre a caratterizzare il panorama cittadino permettono un risparmio idrico del 42% ed energetico del 12,8% rispetto agli standard ASHRAE.

9 – Morphotel di Gianluca Santosuosso

Questo albergo galleggiante ha guadagnato il suo posto nella classifica del greenbuilding per il design accattivante abbinato alle prestazioni da record. Con fotovoltaico ed energia prodotta dal moto ondoso l’hotel potrebbe navigare off-grid all’infinito. Il resort di lusso itinerante diventerà realtà?

10 – Container Skyscraper di Ganti + Associates

Il grattacielo di 32 piani di Ganti + Associates è interamente realizzato con i container delle spedizioni riciclati. Un telaio esterno garantisce la stabilità di questa struttura pensata per rendere più salubri ed accoglienti gli slum di Mumbai. Per un’efficienza da record mini turbine eoliche e fotovoltaico in copertura.

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“.