Futuro, salute, clima. Le parole chiave per il nostro Recovery

Al centro dell'evento 'Pandemia e resilienza', organizzato dall'Asvis insieme con la Consulta scientifica del Cortile dei Gentili. “La società italiana ha il dovere di contrastare questa crisi così grave e di dare una prospettiva di sviluppo sostenibile e di futuro ai nostri giovani. Urgente rispondere alla disillusione diffusa”. Il presidente della Consulta Scientifica del Cortile dei Gentili, Giuliano Amato: dobbiamo cambiare “modelli di sviluppo se vogliamo assicurare all'umanità un futuro non più segnato da apocalissi come questa”

di Tommaso Tetro

(Rinnovabili.it) – Futuro, salute, clima. Tre parole chiave, che diventano tre pilastri, su cui realizzare il nostro Recovery. Questo il cuore dell’evento ‘Pandemia e resilienza’, organizzato dall’Asvis (Alleanza italiana per lo sviluppo sostenibile) insieme con la Consulta scientifica del Cortile dei Gentili.

“La società italiana ha il dovere di contrastare questa crisi così grave e di dare una prospettiva di sviluppo sostenibile e di futuro ai nostri giovani e alle persone del nostro Paese – osserva il presidente dell’Asvis Pierluigi Stefanini – un futuro che per i giovani sia adeguato” dal momento che fin dal Piano nazionale di ripresa e resilienza (Pnrr) è “urgente rispondere alla disillusione giovanile diffusa”. E, sul punto, non ha dubbi il presidente della Consulta Scientifica del Cortile dei Gentili, Giuliano Amato: dobbiamo cambiare “modelli di sviluppo se vogliamo assicurare all’umanità un futuro non più segnato da apocalissi come questa” della pandemia.

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Nella relazione messa punto da Asvis e Consulta – spiega Amato – viene indicata come una necessità, quella di raggiungere lo sviluppo sostenibile e la resilienza trasformativa. Il Covid-19 è arrivato perché “parte del nostro avanzatissimo modello di sviluppo era ed è stato” incentrato su “un uso abnorme delle risorse naturali e della stessa atmosfera, che ha profondamente alterato gli equilibri del Pianeta e ha scatenato fenomeni mai fronteggiati in precedenza, dai cicloni al posto delle piogge, ai virus sconosciuti”.

Per Stefanini il nostro Recovery deve fondarsi su tre nuclei centrali: “un approccio sindemico alla salute; la trasversalità della parità di genere come elemento trasformativo; la strategia della biodiversità come risposta altrettanto efficace e fondamentale alla crisi climatica e integrante della strategia della transizione ecologica”. Secondo Amato infatti nella pandemia “la diseguaglianza ha pesato tantissimo” aprendo “un’altra pista verso lo sviluppo sostenibile: la pista della sostenibilità, oltre che ambientale, anche sociale”. Ora  “dobbiamo ascoltare la voce di chi esorta al cambiamento, per non cadere più e saper fronteggiare al meglio i guai che siamo destinati a trovarci di fronte”.

E’ con questo spirito che la Consulta avanza alcune proposte; tra queste, partire dalla costruzione di “un quadro di norme intelligenti” per “stimolare e premiare le scelte individuali e di gruppo promotrici del bene comune”. Di ‘resilienza trasformativa’ parla ancora Stefanini, cioè “un’azione in grado di reggere l’urto e contemporaneamente creare risposte che aiutino la società a trasformarsi. Questa crisi inedita ci chiede quale futuro vogliamo avere e a quali finalità rispondere. Il nostro Paese ha a disposizione l’Agenda 2030 sullo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite come indirizzo. E’ una strada che chiama in causa tutti”. Anche perché – avverte Amato – “oggi non c’è più nessuno che osi parlare di economia senza citare modelli di sviluppo sostenibile dal punto di vista ambientale, sociale e nell’uguaglianza di genere, che non sovverte il capitalismo ma lo riporta alle origini”.

Per Anna Luise, coordinatrice di un Gruppo di lavoro sugli obiettivi dell’Agenda 2030 per l’Asvis “bisogna integrare la sostenibilità ambientale all’interno delle decisioni economiche, che devono basarsi sulle relazioni tra essere umano e ambiente”. Questo perché – spiega – l’Oms ha “messo l’accento sulla forte determinante ambientale nell’avvio dello spillover, che in qualche caso diventa pandemia. E’ stato stimato che i virus sconosciuti che si presume esistano sono circa 1,7 milioni, di cui 630mila potenzialmente letali per l’uomo. Il tema delle pandemie legate alle dinamiche ambientali non è nuovo, se ne parla da anni”.

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Il ruolo della tecnologia, lo mette in evidenza Antonella Sciarrone Alibrandi, membro della Consulta Scientifica del Cortile dei Gentili: “C’è bisogno di una regolazione della tecnologia, che usi come driver il concetto di resilienza tecnologica. Prima era un concetto tecnico, legato alla cybersecurity, oggi invece deve porre al centro l’uomo. Lo sviluppo sostenibile non può fare a meno della tecnologia. Nel Pnrr la tecnologia occupa un ruolo fondamentale, avendo chiara una visione complessiva dell’uomo e sull’innovazione. Dobbiamo abbattere le difficoltà di accesso e diffondere competenze a tutte le generazioni, anche agli anziani”.

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“.