L’Architettura Bioclimatica italiana vince i LEAF Awards 2011

Winter garden, risparmio energetico e sviluppo sostenibile: le parole d'ordine del complesso residenziale Milanofiori, vincitore dei LEAF Awards 2011 e firmato dallo studio OBR

Il 16 settembre a Londra presso il Landmark Hotel sono stati assegnati gli Emirates Glass LEAF Awards 2011, i premi annuali che incoronano i migliori progetti in ambito architettonico a livello mondiale, che hanno visto in passato vincitori del calibro di Zaha Hadid e David Chipperfield.

Ma i vincitori assoluti questa volta sono italiani: ovvero i progettisti dello studio genovese Open Building Research, Paolo Brescia e Tommaso Principi, già allievi in passato dell’archistar Renzo Piano.

E italiano è il progetto: le Residenze Milanofiori, ad Assago, premiate nella categoria Residential Building of the year- Multiple Occupancy.

Siamo alle porte di Milano, in una zona commerciale molto attiva, che man mano ha modificato il suo status e le sue connessioni con la metropoli, grazie anche al’arrivo recente della metropolitana. Dopo due anni  e mezzo di lavoro ecco ultimate di recente le residenze, nate da un concorso di idee indetto nel 2005 da Milanofiori 2000 S.r.l., che in realtà si inserisce in un maxi-intervento urbano promosso dal Gruppo Brioschi, su di un’area di 218 mila metri quadrati.

Alla base del progetto, vi è una forte interconnessione tra natura e paesaggio, grazie all’uso di materiali artificiali che ben si sposano però con il contesto e che, combinati con una grande presenza di verde, permettono di raggiungere una qualità dell’abitare tale, da imporsi come modello di una nuova urbanistica sostenibile. Da sempre attento alla qualità dell’abitare contemporaneo, lo studio OBR, già nel 2004 ha perfezionato i suoi parametri progettuali, secondo le indicazioni di certificazione energetica LEED, orientandosi a favore di standard di efficienza, funzionalità e risparmio, molto alti.

Ma entriamo nel dettaglio.

La prima cosa che colpisce a livello tecnico è il sistema di winter-gardens posti nella facciata interna; una serie di serre climatiche che permettono un costante dialogo con il giardino esterno, studiato sotto l’ottica di una continua permeabilità degli spazi, che favorisce in modo preponderante l’uso di luce naturale e della termoregolazione ambientale.

In realtà è un sistema di facciate continue, con pareti vetrate stratificate a taglio termico e vetri a giunti aperti verso l’esterno, tutti in cristallo temprato, che scorrono su una guida superiore impacchettandosi alle estremità. Il tutto è caratterizzato da interessanti giochi di luce e trasparenze e funge da filtro tra gli spazi, oltre a permettere, a livello delle singole abitazioni,  di ottenere ambienti naturali ed intimi per chi vi abita.

Una concezione progettuale che si basa sul fenomeno dell’olismo solare; ovvero elementi naturali e verdi come il parco e il giardino comune,che si mischiano a layers artificiali, come terrazze e spazi condivisi, studiati per favorire, un po’ come accade nel social housing, l’interazione sociale.

Ma anche a livello della pianta, le costruzioni sono caratterizzate da un particolare allineamento con facciate a frames rivolte a sud e un’originale geometria che genera, a poco a poco, una leggera traslazione dei livelli più alti degli edifici, così da consentire una maggiore fruizione dell’irraggiamento del Sole.

Proprio per sfruttare o proteggersi dalla luce, all’interno degli alloggi ci sono delle tende a rullo a scomparsa nel controsoffitto, che vanno a costituire veri e propri frames, caratterizzati da diversa densità, che individuano le singole unità abitative e permettono di ottimizzare il guadagno termico durante l’inverno e diminuire l’incidenza solare durante l’estate.

Le 107 unità abitative, cono costruite su un sistema strutturale composto da maglie di 8 metri, che permette di ottenere uno

spazio elastico, dove trovano posto pareti tecniche attrezzate e multifunzionali, facilmente adattabili con interventi semplici, alle diverse esigenze degli abitanti.

Particolare l’attenzione alla privacy. Basta dare un’occhiata agli appartamenti posti al piano terra, dove i giardini e gli spazi verdi sono stati progettati rialzati rispetto al piano di campagna e dove trovano posto fitte siepi di bambù.

A proposito di verde, oltre alle serre bioclimatiche che caratterizzano ogni appartamento, anche il giardino condominiale è stato pensato con una  folta alberatura a foglia decidua e  una grande quercia posizionata al centro di  una duna alta 1,5 metri fa da baricentro al grande giardino interno diventando  il perno compositivo dell’intero edificio. Infine, l’originale e innovativo tetto-giardino, ha un sistema di verde estensivo composto da perenni con grande capacità rigenerativa e ridotto sviluppo in altezza, nonché resistenti alle gelate e alla siccità.

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“.