Architettura sostenibile, i più bei progetti del 2020-21

In occasione della COP26 saranno nominati i Green Solutions Awards, i migliori esempi di architettura sostenibile 2020-21

Appuntamento al 10 novembre per la premiazione dell’architettura sostenibile vincitrice

(Rinnovabili.it) – Le best practice dell’architettura sostenibile si danno appuntamento a Glasgow per i Green Solutions Awards 2020-2021 in occasione della COP26 di Glasgow.

Ad organizzare l’evento è la piattaforma Construction21 che anche quest’anno ha selezionato i migliori progetti al mondo per le diverse categorie prescelte: Sustainable Construction, Sustainable Renovation, Sustainable District, e Sustainable Infrastructure, Health e Comfort, Energy e Hot Climate e Low Carbon Prize.

La premiazione sarà trasmessa in diretta streaming il 10 novembre sui canali youtube dell’evento.

I progetti finalisti per ogni categoria

SUSTAINABLE CONSTRUCTION GRAND PRIZE

Germania – Variowohnen Bochum – progettista ACMS Architekten

Un nuovo complesso di 258 appartamenti in housing sociale realizzati secondo gli standard passive house e costruiti con un sistema modulare ibrido in legno.

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Con un consumo energetico l’anno pari a 39 kWh/mq/anno, il complesso è estremamente flessibile ed in gran parte realizzato con elementi prefabbricati in legno. Questa soluzione consente di ridurre al minimo gli sprechi ed investire sul riciclaggio futuro.

Francia – ECOCAMPUS Provence – progettista Leteissier Corriol Architecture & Urbanisme

Il nuovo campus della città di Sainte Tulle è stato realizzato per essere un punto di riferimento per lo sviluppo delle energie rinnovabili. Sfrutta un design bioclimatico a doppio patio per il controllo termico, l’energia solare per la produzione energetica, camini termici per la ventilazione naturale ed il verde pensile integrato per il massimo comfort termico. Il consumo energetico è pari a 38 kWh/mq/anno.

Belgio – New headquarters of Thomas and Piron Bâtiment, -5,16 Kwh/mq/anno

La nuova sede aziendale è considerato secondo la certificazione BREEAM “energy Plus”. Il fabbisogno di energiadi questa architettura sostenibile è infatti pari a -5.16 Kwh/mq/anno, andando a compensare tutti i consumi energetici attraverso la produzione di energia pulita e grazie alla scelta di un involucro ad altissime prestazioni.

Spagna – Turo de la Peira, 45 Kwh/mq/anno

Questo centro sportivo a Barcellona ha raggiunto ottimi livelli energetici grazie alla sua struttura in legno lamellare, alla facciata idroponica, e ad un involucro compatto incassato nel terreno per evitare dispersioni. La configurazione delle diverse parti dell’involucro è stata selettivamente determinata in base all’orientamento solare e alle esigenze di ogni spazio sulla base dei risultati di una simulazioni termodinamiche computerizzata. Lo stesso principio è stato utilizzato per la progettazione della piscina tenendo in considerazione i guadagni e le dispersioni termiche da essa generate, per raggiungere un risparmio complessivo di 182.011 kWh/anno, circa 27.302 €/anno.

India – Humanscapes Habitat – 7.14 Kwh/mq/anno

Il progetto è stato costruito come dimostrazione di uno spazio urbano sostenibile. L’edificio ha puntato a realizzare un’architettura sostenibile composta da un involucro passivo, materiali ecologici a basso impatto secondo la certificazione C2C, un sistema di gestione dell’acqua che punta a ridurre gli sprechi anche grazie all’impiego di vegetazione autoctona accuratamente scelta.

Lussemburgo – Schroeder 2020, 86 Kwh/mq/anno

L’edificio per uffici è stato costruito per dimostrale le potenzialità del concetto di flessibilità integrato alla struttura. Flessibilità per la gestione degli spazi interni e per l’involucro esterno, prevedendo la possibilità di sostituirne alcune parti della facciata a fine vita, senza toccare la struttura portante.

SUSTAINABLE RENOVATION GRAND PRIZE

Spagna – Triple Space, 78,8 Kwh/mq/anno

Si tratta in questo caso di uno spazio di coworking nato come riqualificazione di una vecchia struttura. Si tratta del primo edificio ad aver ricevuto la certificazione zero CO2 dall’associazione spagnola Ecometro. Sono statai applicati tutti i principi ecologici per ottenere il minor impatto sull’ambiente e la massima qualità di comfort interno.

Francia – Brequigny high school, 43,9 Kwh/mq/anno

Situato a Rennes in Bretagna, questo liceo è stato oggetto di una pesante riqualificazione energetica

raggiungendo i medesimi risultati di una nuova costruzione. Il monitoraggio di tutte le fasi di progetto, costruzione ed uso dell’edificio è stato il punto chiave per il raggiungimento dei risultati ottimali.

Turchia – GAP Energy Efficiency and Consultant Incubation Center, 79 Kwh/mq/anno

Il centro di ricerca dedicato all’efficienza energetica è parte di una riqualificazione più ampia. I livelli raggiunti hanno permesso di ridurre il fabbisogno per riscaldamento dell’87% e quelli energetici del 75%.

SUSTAINABLE DISTRICT GRAND PRIZE

Svizzera – GreenCity, 8 ettari

Uno sviluppo urbano che ha riguardato circa 8 ettari, concepito dalla società 2000 Watt dedicata ad incentivare lo sviluppo urbano sostenibile, minimizzando la richiesta energetica e tenendo ben presente il cambiamento climatico. Gli alloggi comunitari che trovano posto in questo spazio sono stati progettati per integrare la mobilità legggera al progetto, permettendo ad oltre la metà dei residenti di evitare l’acquisto di un’automobile privata.

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Francia – Nanterre Coeur University.

Il progetto è parte integrante del programma per la valorizzazione ed il recupero di aree urbane fortemente frammentate a causa di infrastrutture pesanti (autostrade o ferrovie). In questo caso le molteplici certificazioni raggiunte hanno permesso di realizzare un’area urbana ecologica, efficiente e dove la biodiversità trova terreno fertile.

I progetti selezionati per le restanti categorie sono:

SUSTAINABLE INFRASTRUCTURE GRAND PRIZE

• Francia – Solarization of the metropolis of St Etienne (42)
• Germania – Mehr.WERT.Pavillon
• Belgio – Plan Lumières 4.0
• Inghilterra – IKEA Greenwich – Green Roof

HEALTH & COMFORT PRIZE

• Germania – Climate-positive zero-energy technical classroom wing
• Belgio – Etterbeek Administrative Center
• Spagna – Passive House for the Elderly
• Austria – Giatla house
• Francia – BORD’HA building
• Lussembrugo – Schroeder 2020

ENERGY & HOT CLIMATES PRIZE

• Francia – Rivière-Salée Medico-Social Center
• Benin – Xewa Sowé – Children’s reception center
• ENERGY & TEMPERATE CLIMATES PRIZE 
• Belgio – New headquarters of Thomas & Biron Bâtiment
• Francia – Biobased renovation of 24 social housing units
• Spagna – ArroyoFresno nZEB Passivhaus Plus
• Italia – Scuola “Antonio Brancati”
• Lussembrutgo – Modular School Strassen

LOW CARBON PRIZE

• Francia – 4 passive housing in straw wood
• Germania – Extension Eisbärhaus, New Building Component C
• Belgio – UP STRAW building
• Spagna – Entrepatios Las Carolinas : ecological cohousing in rights of use
• Austria – TherapieStützpunkt
• Lussemburgo – Single family Home

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“.