Cnr-Cai: rifugi e stazioni di ricerca per studiare il clima in montagna

L’accordo quadro tra il Consiglio nazionale delle ricerche e il Club alpino italiano permetterà ai ricercatori un più approfondito monitoraggio dell’attuale situazione e, con esso, la formulazione di nuove strategie di adattamento climatico

Una più approfondita conoscenza delle condizioni climatiche delle montagne consentirà la formulazione di nuove strategie per l’adattamento

(Rinnovabili.it) – Considerata hot spot climatico dove gli effetti del riscaldamento agiscono in misura quasi doppia rispetto alla scala globale, la montagna ed il suo ecosistema meritano una particolare attenzione ed una più approfondita conoscenza da parte degli esperti. 

Il concetto è stato ribadito poche settimane fa durante l’High Mountain Summit 2019, organizzato a Ginevra per “identificare le azioni prioritarie a supporto di uno sviluppo più sostenibile” e formulare nuove “strategie d’adattamento climatico per la montagna e le regioni a valle”. I ricercatori riunitisi in Svizzerahanno sottolineato la necessità di una più approfondita conoscenza della situazione attuale: elemento oggi ostacolato dalla mancanza di un monitoraggio affidabile e, in generale, dalla scarsità di osservazioni meteorologiche, idrologiche, climatiche e di criosfera nelle regioni montane. 

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Un passo avanti per la risoluzione del problema arriva dal nuovo accordo quadro raggiunto tra il Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) e il Club alpino italiano (Cai), simbolicamente firmato in occasione della Giornata internazionale della montagna promossa dall’Assemblea generale delle Nazioni Unite e coordinata dalla Fao.
La collaborazione – si legge infatti sul sito del Centro di Ricerche – permetterà di “migliorare la conoscenza degli ambienti ed ecosistemi di alta quota”, attraverso attività di monitoraggio in montagna, in alta quota, che coinvolgeranno attivamente i rifugi Cai e gli osservatori climatici Cnr. 

“I due Enti riservano una particolare attenzione all’ambiente montano”, ha detto il presidente Cnr, Massimo Inguscio. “La possibilità di ottimizzare le nostre risorse e infrastrutture in aree così significative per lo studio del clima permetterà di rafforzare la sorveglianza dell’ambiente glaciale e periglaciale alpino e di ampliare la base osservativa degli studi che l’Ente già esegue in cinque Osservatori climatici e, sulla vetta di Monte Cimone, dell’unica stazione globale presente nel bacino mediterraneo del programma GAW-WMO per lo studio dei cambiamenti climatici, gestita dal Cnr con l’Aeronautica militare”.

Le regioni montane – lo ricordiamo – coprono circa un quarto della superficie terrestre e, in Italia, rappresentano oltre la metà del territorio, corrispondente a un’area in cui risiede una popolazione di oltre 14 milioni di abitanti, distribuiti in più di 4.200 comuni. Nel settore alpino, le temperature atmosferiche nell’ultimo secolo sono aumentate tra 1.5 e 2.0°C, con importanti ripercussioni sulla criosfera. I più recenti dati sullo stato di salute dei ghiacciai delle Alpi evidenziano bilanci di massa fortemente negativi (mediamente 1-2 metri di acqua equivalente persa ogni anno per ghiacciaio), che si traducono in riduzioni di area e volume di dimensioni enormi. Ne è purtroppo esempio il ghiacciaio della Marmolada, la cui scomparsa definitiva è stata stimata dai ricercatori nell’arco di 20 o 30 anni. 

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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“.