Verona, per tre giorni capitale della sotenibilità

Hanno aperto oggi i battenti di “SolarExpo”:http://www.solarexpo.com/fiera/?f=se&l=1 e “Greenbuilding”:http://www.solarexpo.com/fiera/?f=gb&l=1, il doppio evento internazionale consacratosi nel panorama di settore come manifestazione leader sulle tematiche della sostenibilità energetica, edilizia e della green economy. Esposizione e convegni in questi tre giorni faranno il punto della situazione per le energie rinnovabili e la generazione distribuita, così come sugli aspetti legati al mondo dell’architettura “verde”. A fare della fiera un’eccellenza anche i numeri su cui può contare: 1250 gli espositori, tra diretti e indiretti, con 500 aziende estere provenienti da 43 paesi, mentre dei 70mila visitatori stimati sono già 18.200 quelli che hanno attraversato i padiglioni in queste prime 12 ore.

A dare fuoco alle polveri il convegno *La costruzione della green economy: la sinergia fra politiche di stimolo all’economia e politiche di sviluppo delle energie rinnovabili*. In una visione globale che sempre più anela ad uno sviluppo a basso tenore di carbonio l’incontro d’apertura ha dato spazio agli attuali modelli di transizione verso sistemi economici “verdi” passando in rassegna strategie e best practies messe in campo da Stati Uniti Unione Europea e Italia. Se è vero che negli Usa come ha dichiarato in apertura _Carol Perez, Console americana a Milano Negli Stati Uniti_ la tanto citata rivoluzione green è stata innescata è anche vero che essa costituisca un terreno sui cui continuare a crescere attraverso sinergie strategiche come quella con il Belpaese.“Sarei felice – ha detto Perez – che ricercatori, ingegneri e imprenditori del Nord Italia collaborassero con i colleghi americani, inclusi i presenti, sulle innovazioni e sulle nuove opportunità ‘verdi’ sia negli Usa sia nel resto del mondo”.
E’ toccato _Carlo Corazza, Capo della Rappresentanza della Commissione Europea a Milano,_ illustrare la strategia UE e le sue fondamenta. “Già tre anni fa quando era stato presentato, l’obiettivo 2020 era stato definito come la base per una nuova rivoluzione industriale, c’era già quindi allora la consapevolezza che questa strategia dell’Ue avrebbe cambiato il nostro modo di produrre e di consumare”, ha detto Corazza. “La prima ratio del pacchetto 2020 – spiega il rappresentante della Commissione – è legata alla sicurezza degli approvvigionamenti energetici del continente, visto che la dipendenza dall’esterno per l’Ue è ormai intorno al 70%”. Alla realizzazione del mercato va aggiunto il tentativo di applicare quella visione di sostenibilità che non si è riusciti ad ottenere con il Protocollo di Kyoto. Altra motivazione, la convinzione che il driver ambientale il modo migliore per uscire dalla crisi e ridare competitività all’economia.

Tra gli appuntamenti di questa prima giornata anche la *conferenza Next CITY*, parte del programma di Greenbuilding i cui lavori sono stati aperti dal presidente di Ambiente Italia _Maria Berrini_. Se nel 2009 era stato il singolo edificio il tema di partenza, nel 2010 la scala si amplia al quartiere e alle politiche urbane. Il crescente interesse creatosi sul protagonismo delle città in materia di efficienza energetica, sostenibilità e ambiente ha spinto molti sindaci a riunirsi in un _Patto_ per portare le loro città nel 2020 a risultati migliori in fatto di emissioni rispetto agli obiettivi stabiliti in seno alla stessa Unione Europea. Questa attenzione è seguita, ha spiegato Berrini, da un cittadino/consumatore sempre più impegnato nei confronti della propria città e del proprio ambiente e che promuove sempre di più le amministrazioni attive in tal senso. La Comunità Europea ha particolarmente a cuore il problema: dalle direttive emesse si dovranno avere norme che portino entro il 2020 il livello di efficienza energetica verso quello della casa passiva.
Ha preso poi la parola l’architetto tedesco _Thomas Herzog_ presentando i risultati del suo lavoro cominciato nel 1988 a *Linz*, città austriaca all’epoca seconda per sviluppo a livello nazionale, con un centro siderurgico e industriale di grande importanza le cui relative emissioni però avevano abbassato notevolmente la qualità della vita della popolazione residente. Grazie ad un concorso internazionale indetto dall’amministrazione pubblica si è individuato un quartiere depresso dove sono stati inseriti 9 edifici di nuova concezione.
Nel dettaglio quello che porta la firma di Herzog si distingue per un tetto curvo dotato di particolari vetri a loro volta composti da un materiale che riflette il sole diretto e consente un abbattimento del carico termico dovuto all’irraggiamento. Di contro si ha un’illuminazione naturale quasi in ogni stanza dell’edificio limitando notevolmente il consumo di energia elettrica destinata all’illuminazione. A partire da questo progetto, racconta l’architetto, si è instaurato un rapporto di fiducia con la pubblica amministrazione e con i cittadini che ha portato ad una proficua collaborazione. Linz si è prestata così ad essere sede d’elezione per un programma di edilizia popolare per 400 appartamenti votati all’efficienza energetica espressa anche in termini di illuminazione e ventilazione naturale. Al tempo stesso ha permesso di ampliare il verde pubblico in maniera superiore ai piani della PA e ridisegnare la mobilità adattandola al tessuto urbano.

_Dan Mogensen,_ Chief consultant del dipartimento tecnico e del paesaggio della città di *Copenhagen*, ha portato sul palco l’esperienza danese, focalizzando il discorso sulle città europee ‘compatte’ come il luogo preferenziale per una politica urbana, in una parte del mondo che ha un altro consumo energetico.
La città di Copenhagen è al centro di una regione di 24 milioni di abitanti con un centro storico che conta invece 512.000 residenti. Il piano climatico cittadino è molto ambizioso ma sostenuto da tutte le parti politiche e si prefigge a rendere Copenhagen la prima capitale europea totalmente “carbon neutral”. Un cambiamento a lungo termine perché portato avanti da piccole misure e un processo di edificazione sotto controllo. I 50 progetti per ottenere una miglior efficienza energetica e una miglior qualità della vita vanno da una riqualificazione degli edifici pubblici come scuole e ospedali, da una riconversione urbana mediante ‘pocket garden’ e mobilità sostenibile.
Mogensen ha spiegato che la città è dotata di un sistema di teleriscaldamento che raggiunge, proprio grazie alla compattezza urbana, il 98% degli abitanti e sfrutta come fonte energetica anche i rifiuti domestici; quest’ultimi infatti sono riciclati per il 27% mentre il restante 70% produce elettricità e riscaldamento, Un altro valido aiuto proviene invece dalle pale eoliche dislocate off-shore vicino alla costa. Per la mobilità la città sta agendo sulla sensibilizzazione e promozione dell’uso della bicicletta, mediante nuovi percorsi sicuri e addirittura un nuovo ponte dedicato esclusivamente a pedoni e bici.
Il dottor _Gustaf Landahl_ ci ha portato invece in Svezia parlando della sua esperienza a *Stoccolma* dove riveste il ruolo di Capo del dipartimento di Environmental Administration. La nazione parte da una buona base per quanto riguarda l’indipendenza da CO2: con i suoi impianti idroelettrici e le sue centrali nucleari ha abbassato la media di emissioni a 10 tonnellate di anidride carbonica l’anno per abitante. Stoccolma porta questo valore ulteriormente in basso con le sue 3,2 tonnellate annue per abitante e si prefigge di arrivare ad un totale affrancamento dalle emissioni entro il 2050. L’ambizioso progetto è supportato dal fatto che il 75% degli edifici è connesso ad un sistema di teleriscaldamento e teleraffrescamento che usa come fonte energetica il metano e il calore prodotto dalle acque reflue delle fognature cittadine. Il metano è usato anche per le auto e per gli usi domestici mentre gli altri rifiuti urbani sono riciclati grazie ad una buona raccolta differenziata. Si è disincentivato l’uso dell’auto privata con un sistema di Car Sharing risultato molto popolare e metrò leggeri e imbarcazioni che sfruttano i laghi presenti nella città completano il quadro della mobilità. La pubblica amministrazione infine continua a lavorare per rendere i cittadini più consapevoli e coinvolti mettendo i giovani in prima linea come messaggeri delle problematiche dell’ambiente nei confronti degli adulti in genere meno propensi ai cambiamenti.
La _dottoressa Eva Kail_ ha riportato invece l’esperienza di *Vienna* e del suo rapporto con la sostenibilità. Kail, nel Gruppo Esecutivo per le Costruzioni e la Tecnologia della municipalità, ha illustrato come la città abbia studiato un sistema di concorsi basati sulla qualità e su ciò che viene definito dall’amministrazione come “i quattro pilastri”: Economia, Ecologia, Sostenibilità sociale, Qualità architettonica. La pubblica amministrazione dà sussidi all’85% per cento delle nuove edificazioni favorendo così una maggiore qualità dell’edificato, che non si ferma al solo alla struttura in sé ma arriva ai dintorni mediante l’aiuto dei paesaggisti. Il controllo del numero delle auto e i progetti dedicati alla Bike City chiudono il cerchio.

“Solarexpo, al via la vetrina internazionale dedicata al solare”:http://www.rinnovabili.it/solarexpo-al-via-da-domani-la-vetrina-internazionale-dedicata-al-solare595518

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. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

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“.