Giornata mondiale dell’Ambiente 2021, la sfida è ripristinare gli ecosistemi

L’Onu lancia il decennio del ripristino degli ecosistemi: un’impresa globale che guarda alle nuove generazioni. Dietro la bandiera del #GenerationRestoration decine di iniziative per tutelare ambiente e biodiversità accelerando la transizione ecologica. Le Nazioni Unite: “Non fare nulla è almeno tre volte più costoso che il ripristinare l'ecosistema”

Il 5 giugno si celebra la 47° Giornata mondiale dell’Ambiente

(Rinnovabili.it) – “Il degrado degli ecosistemi sta già mettendo a rischio il benessere del 40% dell’umanità. Per fortuna la Terra è resiliente: ma ha bisogno del nostro aiuto”. Il segretario generale delle Nazioni Unite, Antonio Guterres, introduce così la Giornata Mondiale dell’Ambiente 2021 (World Environment Day) e il suo tema principale: il ripristino degli ecosistemi.

Una sfida cui l’Onu dà una veste epocale per farla indossare ad un’intera generazione, quella dei giovani e giovanissimi attivisti per il clima che dal 2019 hanno iniziato a diventare protagonisti nella società civile e nella politica. Le Nazioni Unite accompagnano questo percorso con lo slogan #GenerationRestoration e il lancio del decennio del ripristino degli ecosistemi con orizzonte 2030.

Perché celebriamo il World Environment Day

Il 5 giugno ricorre la Giornata Mondiale dell’Ambiente, giunta quest’anno alla 47° edizione. La prima si è tenuta nel 1974 con lo slogan “Only One Earth”. Tema che ha dato da sempre il tono a questa ricorrenza, dedicata alla consapevolezza critica verso l’ambiente e la sua tutela. L’urgenza invece è aumentata anno dopo anno.

Nel 1974, l’overshoot day, cioè il giorno in cui abbiamo consumato le risorse naturali che il mondo è capace di rigenerare in un anno e iniziamo a “rosicchiare” quelle del futuro, cadeva il 27 novembre. Quest’anno cadrà invece il 29 luglio, due mesi più presto. E per un paese come l’Italia, un paese avanzato con consumi elevati, la soglia l’abbiamo già passata: era il 13 maggio.

Ripristinare gli ecosistemi

Il messaggio di Guterres chiude su una nota positiva, invita a guardare al futuro più che al passato, e chiama all’azione. “Questo è il nostro momento. Non possiamo tornare indietro nel tempo. Ma possiamo coltivare alberi, rendere più verdi le nostre città, rinaturalizzare i nostri giardini, cambiare la nostra dieta e pulire i fiumi e le coste. Siamo la generazione che può fare pace con la natura. Diventiamo attivi, non ansiosi. Siamo audaci, non timidi. #GenerationRestoration”.

La Giornata Mondiale dell’Ambiente 2021 si concentra quindi sull’azione urgente per dare nuova vita agli ecosistemi danneggiati. Ripristinarli significa non soltanto riportarli a una condizione originaria, ma impostare una interazione diversa con loro, tra uomo e natura. Un’azione che per centrare l’obiettivo deve necessariamente avere un respiro globale. “Il ripristino dell’ecosistema è un’impresa globale su vasta scala”, ricorda l’Onu. “Significa riparare miliardi di ettari di terra – un’area più grande della Cina o degli Stati Uniti – in modo che le persone abbiano accesso a cibo, acqua pulita e lavoro”.

Le iniziative della Giornata Mondiale dell’Ambiente 2021

L‘evento principale della Giornata Mondiale dell’Ambiente sarà proprio il lancio del decennio del ripristino degli ecosistemi. Una ragnatela di iniziative sparse su tutti i continenti (e tutti gli oceani), dalla tutela delle mangrovie alla riforestazione guidata dal Pakistan, paese ospitante dell’edizione di quest’anno, con la sua iniziativa Ten Billion Tree Drive, dal ruolo che deve svolgere l’educazione delle prossime generazioni allo stabilire un dizionario comune per procedere allineati nei prossimi 10 anni.

All’interno di questa cornice trovano spazio decine e decine di altri eventi più puntuali, promossi a livello locale. Tutti insieme formano – questo l’auspicio dell’Onu – un vero e proprio movimento civico per il ripristino degli ecosistemi. Si parte con 50 iniziative-cardine su cui innestare nuovi rami nei prossimi anni: dalla tutela dei suoli agricoli contro l’erosione in Kenya al ripristino di alcuni punti caldi di biodiversità in Amazzonia, alla conversione di vecchie miniere di carbone sugli Appalachi statunitensi in “pozzi di carbonio”.

Sforzi che porteranno a benefici tangibili, ricordano le Nazioni Unite. “Da oggi al 2030, il ripristino di 350 milioni di ettari di ecosistemi terrestri e acquatici degradati potrebbe generare 9.000 miliardi di dollari di servizi ecosistemici, e rimuovere fino a 26 miliardi di tonnellate di gas serra dall’atmosfera. I benefici economici sono dieci volte superiori alla spesa per gli investimenti, mentre non fare nulla è almeno tre volte più costoso che il ripristinare l’ecosistema”.

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“.