EWEA: per un 2050 low carbon servono impegni a breve termine

Niente centrali che emettono CO2 dopo il 2015, solo in questo modo si potrà arrivare al 2050 con un sistema energetico de-carbonizzato. Questo uno tra i suggerimenti che Kjaer ha annunciato alla Commissione europea

(Rinnovabili.it) – L’EWEA “ha invitato l’Europa”:http://www.ewea.org/fileadmin/emag/winddirections/2011-03/#/3/ ha redigere una legislazione straordinaria che vada incontro all’impegno espresso di recente sulla riduzione delle emissioni domestiche di carbonio di una percentuale compresa tra l’80 e il 95% entro il 2050. La scorsa settimana la Commissione Europea ha pubblicato la propria roadmap per arrivare a definire una nuova società low carbon esprimendo la necessità di ottenere “un settore energetico pienamente de-carbonizzato” entro il 2050, ma con azioni a brevissimo termine.
Dal momento che i settori trasporti e agricoltura emetteranno ancora carbonio nel 2050, il settore energetico da allora dovrà essere a zero emissioni di carbonio, e questo richiede un’azione immediata, ha commentato Christian Kjaer CEO dell’European Wind Energy Association (EWEA) in occasione del giorno di dibattito con il Commissario Ue all’azione climatica Connie Hedegaard, svoltosi durante la conferenza annuale di Bruxelles.
“Poiché le centrali a combustibili fossili lavorano per 35-40 anni, decidere di investire oggi determinerà il nostro mix energetico e le emissioni di carbonio fino al 2050. Questo significa che per ottenere un settore energetico low carbon entro il 2050 in teoria non dovrebbero essere costruite nuove centrali elettriche che mettono gas climalteranti dopo il 2015”.

Per queste ragioni l’EWEA ha proposto il proprio piano di sviluppo al 2050, intitolato “EU Energy Policy to 2050”:http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/publications/reports/EWEA_EU_Energy_Policy_to_2050.pdf suggerendo un sistema di limitazione delle emissioni di carbonio dei nuovi impianti costruiti a partire dal 2015, definite dall’EPS (Emissions Performance Standard) a partire da 350g/kWh, e procedendo verso target sempre più bassi. A seguire la riduzione delle emissioni domestiche europee del 30% entro il 2020 rispetto agli attuali obiettivi del 20% che comprendono anche le riduzioni esterne all’Europa.
L’EWEA suggerisce inoltre la riduzione dei target al 2030, 2040 e 2050 portando a zero le emissioni del comparto energetico entro il 2050, standard che permetteranno di rendere ancora più efficiente il sistema di scambio delle emissioni (ETS).
“L’Europa ha bisogno di concordare ora nuovi obiettivi e politiche per il periodo post 2020 per realizzare la riduzione delle emissioni dell’80-95%”, ha detto Kjaer. “EWEA crede che un obiettivo di riduzione delle emissioni più ambizioso per il 2020, a fianco di obiettivi supplementari per il 2030 e il 2040, un _Emissions Performance Standard_ delle prestazioni e nuovi target per energie rinnovabili fisati al 2030, potrebbe guidare la rivoluzione nei sistemi energetici come recentemente riconosciuto anche dai capi degli Stati”.
L’EWEA ritiene che solo l’energia eolica potrebbe fornire il 50% della domanda di energia dell’UE entro il 2050, con l’altro 50% proveniente dalle molte altre tecnologie che producono energia rinnovabile.

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“.