Tutta l’energia di una Regione…rinnovabile

“Stiamo costruendo la seconda generazione del Piano energetico. Abbiamo già raggiunto risultati rilevanti sul fronte delle fonti rinnovabili. In sintonia con l’Europa, vogliamo diventare la regione leader in Italia di questo cambiamento per superare la crisi”. Lo ha detto il presidente della Regione Emilia-Romagna Vasco Errani intervenendo, oggi a Bologna, al convegno di chiusura della prima parte del percorso di ascolto e confronto per realizzare il Piano attuativo 2011-2013 del Piano Energetico Regionale.

“Il cambiamento energetico in Italia – ha aggiunto il presidente Errani – ci è imposto dai mutamenti ambientali e climatici ma anche dalla necessità di superare la crisi economica costruendo una nuova economia, in grado di dare lavoro di qualità. E’ questa la via per migliorare la qualità della vita di tutti. Alcuni paradigmi di una vecchia idea di sviluppo che consuma territorio, ambiente ed energia vanno radicalmente messi in discussione”.
Tra gli obiettivi della Regione, tagliare dal 7 al 10% i consumi energetici e aumentare tra i 700 e i 1000 MW la produzione da fonti rinnovabili, per arrivare a 1500/1800 MW totali nel 2013.
Dal 22 ottobre scorso, la Regione ha aperto un confronto tra il mondo produttivo e le nuove frontiere della green economy, tra le nuove tecnologie per la produzione di energia pulita e le soluzioni ‘universali’ per l’edilizia e le costruzioni, tra il ruolo degli enti locali e le politiche nazionali e internazionali. Due mesi di appuntamenti seminariali con 23 incontri tematici pubblici, a cui hanno partecipato oltre 2500 persone (professionisti, esperti del settore energetico, docenti universitari, amministratori pubblici, rappresentanti di aziende, enti e gestori dell’energia), oltre 180 relatori e 350 contributi.

“Il bilancio della ‘Casa dell’energia’ è positivo perché – ha sottolineato l’assessore regionale alle Attività produttive Gian Carlo Muzzarelli – siamo un po’ più responsabilizzati, preparati e consapevoli di avere davanti una sfida strategica per il sistema-Paese e l’Emilia-Romagna. La sfida dell’energia è strategica perché fa camminare l’economia. Dobbiamo integrare tutte le forze per sviluppare innovazione e ricerca, internazionalizzazione e rafforzamento della cultura della sostenibilità. Dobbiamo accogliere le sollecitazione Ue a continuare a crescere in modo intelligente, durevole, assicurando l’integrazione della comunità”.

Per quanto riguarda i prossimi appuntamenti, a gennaio 2011 ci sarà la condivisione degli obiettivi e delle azioni specifiche del Piano con le associazioni imprenditoriali e gli enti locali, così da presentare a febbraio la proposta del Piano Triennale 2011-2013. Tra aprile e maggio 2011 il completamento della procedura di approvazione del Piano.

La Regione punta a sviluppare e innovare l’industria manifatturiera e delle costruzioni per collocare l’Emilia-Romagna all’avanguardia delle regioni che producono tecnologie verdi.
Gli assi portanti del piano prevedono la conferma e l’efficientamento delle centrali di produzione e delle infrastrutture di trasporto dell’energia elettrica, la conferma del ruolo strategico delle reti gas, anche in riferimento allo sviluppo potenziale del biometano. Si punterà sulla ricerca, sul trasferimento tecnologico, sulla creatività e la produzione di brevetti e di innovazione.

La rete regionale per l’alta tecnologia è articolata su sei piattaforme: meccanica e materiali, costruzioni, agroalimentare, Ict e design, scienze della vita, energia e ambiente. Ognuna tocca direttamente o indirettamente il tema dell’energia. Ci si concentrerà anche sullo sviluppo e il coordinamento della rete e delle relazioni con i centri di ricerca europei e mondiali e sull’ulteriore evoluzione positiva dei rapporti fra Università, laboratori e centri di ricerca. La collaborazione con la Regione e gli enti locali sarà la via maestra per compiere scelte coerenti con le traiettorie di sviluppo del territorio, semplificare le procedure e favorire la partecipazione informata e responsabile dei cittadini.
Saranno sostenuti direttamente i progetti di efficienza energetica e di ricorso alle fonti rinnovabili delle imprese, ma soprattutto verrà favorita la nascita o il rinnovamento di intere filiere produttive, dai veicoli elettrici, ai pannelli solari di nuova generazione, alle piastrelle fotovoltaiche, alle nuove abitazioni. Per far questo, la Regione conta sul sostegno convinto del sistema della finanza e del credito. Oltre alla attività dei consorzi di garanzia si pensa di istituire un apposito fondo rotativo di garanzia a supporto innanzitutto della attività delle Esco (Energy service company).
Sul fronte delle regole, si punterà a semplificare e aumentare la trasparenza e la chiarezza delle norme e per accelerare le procedure rimanendo al passo con gli standard degli altri Paesi dell’Europa.

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“.