Progettazione passiva, innovazione, efficienza e valorizzazione dell'ambiente, sono le parole chiave che legano i 10 progetti scelti dall'AIA quali migliori esempi di architettura sostenibile al mondo.

(Rinnovabili.it) – L’American Institute of Architects (AIA) ha nominatola top ten dei progetti più sostenibili del mondo, un elenco destinato a promuovere un’architettura responsabile e sostenibile verso l’ambiente.

Il premio, giunto alla usa 17a edizione, organizzato dal Committee on the Environment (COTE) dell’AIA ed ogni anno mette in luce le architetture sostenibili che meglio anno saputo coniugare design, tecnologia ed aspetti naturali, dando un contributo positivo alla comunità nella quale sono inserite, alla socialità del luogo e, soprattutto, migliorando la qualità della vita dei cittadini.

Le parole d’ordine di tutti i progetti sono riciclo, riqualificazione energetica di vecchie strutture, risparmio energetico ed idrico ed ovviamente efficienza energetica.

Charles David Keeling Apartments, Kieran Timberlanke

Un complesso residenziale degno di nota, dove la massa termica dell’involucro edilizio svolge la maggior parte del lavoro richiesto per raggiungere la massima efficienza energetica. Trasmittanza termica e coibentazione ottimizzate, superfici trasparenti ad alto isolamento, guadagno solare minimizzato, ventilazione naturale e progettazione passiva, rendono questa struttura un esempio di architettura sostenibile.

Il bacino di raccolta delle acque piovane ed il sistema di recupero e trattamento delle acque reflue, assicurano una riduzione dei consumi idrici, ulteriormente favorita dal tetto giardino che, per contrastare il clima secco della California, migliora la qualità e la temperatura dell’aria.

Clock Shadow Building, Continuum Architects + Planners

Il progetto nasce per riqualificare una vasta area industriale difficile da sviluppare. Le numerose variazioni di temperatura ed umidità del clima continentale di Milwaukee hanno reso necessaria l’adozione di diversi accorgimenti passivi come: i frangisole mobili apposti sulla facciata sud per schermare il calore nei mesi estivi e consentire invece il massimo guadagno solare nei mesi invernali, la ventilazione naturale che riduce quasi a zero al necessità di impianti di climatizzazione artificiale, l’impianto geotermico copre le esigenze di climatizzazione e acqua calda sanitaria.

Federal Center South Building, ZGF Architects LLP

Un vero esempio di Net Zero Energy Building, un edificio ad energia zero, dove la produzione energetica supera i consumi richiesti, con un indice Energy Use Intensity (EUI) pari a 20.3 kBtu/sf/anno (kBTU/sf = 3.155 kWh/mq). L’edificio ha già ottenuto un punteggio di 100 dall’ENERGY STAR superando del 40% le prestazioni energetiche imposte dal rating ASHRAE.

Collocato a Seattle, il Federal center è uno dei primi edifici a sperimentare l’impiego di un impianto geotermico per il riscaldamento e il raffrescamento ed una vasca per il raffrescamento dotata di Phase change material.

I pannelli radianti (chilled sails) collocati sul soffitto e la massima illuminazione naturale, completano il quadro di questa architettura sostenibile ad altissima efficienza.

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Marin Country Day School, EHDD

Circa il 95% degli spazi sono illuminati e ventilati naturalmente, il serbatoi di accumulo e la torre di raffrescamento permettono alla struttura di ridurre il proprio carico termico durante il giorno, raffrescandosi la notte.

La scuola progettata dagli architetti della EHDD per Corte Madera in California,dimostra la possibilità di applicare soluzioni tecnologiche sostenibili anche a strutture dedicate agli aspetti sociali e istruzione della vita quotidiana.

L’utilizzo del legno per l’involucro e le finiture ha permesso di eliminare i ponti termici, arrivando a garantire una prestazione molto vicina agli edifici passivi, pari ad un indice EUI di 6.74 kbtu/sf/anno, al quale contribuisce anche l’apporto energetico dell’impianto fotovoltaico

Merritt Crossing Senior Apts.

Il progetto per il centro anziani degli architetti Leddy Maytum Stacy Architetti è un esempio di architettura sostenibile con funzione sociale.

La copertura ventilata, i pannelli solari termici ed il fotovoltaico, assicurano il massimo rendimento energetico,  mentre le ampie vetrate e le schermature mobili della facciata lasciano entrare la luce naturale, limitando il guadagno solare quando non necessario.

Senza aria condizionata meccanica il perfetto benessere igrotermico interno è garantito dal sistema di ventilazione naturale.

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New Norris House

Solo 1.800 piedi quadri per questa piccola abitazione unifamiliare progettata dagli architetti UT Knoxville.

Dimensioni ridotte, ma che non limitano assolutamente le prestazioni energetiche e l’efficienza a cui punta questo edificio. I soldi risparmiati dalla scelta di costruire un’abitazione più piccola della media, sono stati completamente reinvestiti nelle soluzioni energetiche, raggiungendo un traguardo davvero unico.

Un abbiano per illuminare l’ambiente senza luce artificiale, materiali naturali e privi di componenti inquinanti, vetri tripli ad alta efficienza, in grado di limitare il guadagno solare senza rinunciare alla luce, illuminazione al LED e schermature solari, completano il quadro della sostenibilità.

Pearl Brewery/Full Goods Warehouse

Oltre 6.000 mq certificati LEED Gold, caratterizzano l’edificio di San Antonio progettato da Lake Flato Architects. Anche in questo caso sono le scelte passive a determinare il contenimento dei consumi energetici e la riduzione degli sprechi. La facciata nord capta la massima luce naturale diffusa, mentre l’ingegnoso sistema di ventilazione naturale, consente la fuoriuscita dell’aria calda dalla sommità della facciata.

Il 100% dell’acqua utilizzata dall’edificio proviene dal recupero delle acque meteoriche.

Tutti gli ambienti sono dotati di sistemi indipendenti per il controllo della temperatura interna, assicurando un impiego ragionato dell’energia.

San Francisco Public Utilities Commission Headquarters (SFPUC)

 Il quartier generale della Commission Lavori Pubblici (SFPUC) di San Francisco ha invece raggiunto la certificazione LEED Platinum.

Progettata da KMD Architects con la collaborazione di Stevens & Associates, l’edificio supera del 55% l’efficienza energetica imposta dallo Stato per gli edifici pubblici.

Fotovoltaico ed eolico forniranno il 7% dei consumi elettrici, grazie alla luce naturale i consumi elettrici per l’illuminazione saranno abbattuti del 45%, inoltre il consumo di acqua è ridotto del 60% rispetto agli edifici tradizionali grazie ad uno dei primi sistema del Paese di recupero delle acqua grige e nere.

Swenson Civil Engineering Building

Solo materiali sostenibili e permeabili sono stati utilizzati per la costruzione della scuola di Ingegneria del Minnesota. L’ampio giardino pensile realizzato con piante autoctone copre il 22% del tetto riducendo il fabbisogno d’acqua e filtrando le impurità.

Un particolare sistema sotterraneo di trattamento legato ad un processo di fitodepurazione e di filtraggio attraverso una serie particolare di rocce, permetter di recuperare il 100% delle acque piovane, riutilizzando anche una percentuale della acque grigie.

Yin Yang House, Brooks + Scarpa Architects

Produrre più energia di quella effettivamente consumata, grazie al design passivo ed alla scedlta di impianti per la produzione energetica da fonti rinnovabili.

I pannelli fotovoltaici da 12 kW coprono l’intero fabbisogno energetico dell’abitazione, una richiesta energetica assolutamente ridotta grazie alle elevate prestazioni dell’involucro edilizio.

Il clima mite marino e la presenza di numerosi correnti d’aria nel sito, hanno permesso agli architetti di sfruttare ilk sistema di ventilazione naturale associandolo ad una torre di raffrescamento, per eliminare il problema della climatizzazione estiva, mantenendo la temperatura interna sempre costante e piacevole.

Luce naturale, tetto giardino e pannelli radianti connessi al solare termico, assicurano le restanti esigenze energetiche, trasformando una semplice abitazione in una virtuosa architettura sostenibile.

Il Ministero dell'Ambiente pubblica gli esiti della consultazione pubblica sul Decreto Ministeriale FER X, chiusa lo scorso settembre. Dai 46 soggetti partecipanti emerge l'esigenza di conoscere per tempo tutte le informazioni utili alla programmazione degli investimenti nelle rinnovabili. Chiesti chiarimenti sul processo autorizzativo e sulle tempistiche

Decreto FERX, nuovi spunti di riflessione

Servono maggiori informazioni sui coefficienti sul prezzo d’aggiudicazione, sui criteri di priorità, sulla documentazione per l’accesso al meccanismo e sulle tipologie di interventi ammessi. In particolare quando si tratta di progetti di “rifacimento” e “potenziamento”. Queste alcune delle principali richieste emerse dalla consultazione pubblica sul Decreto FERX. La scorsa estate il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza energetica aveva pubblicato lo schema del provvedimento per una raccolta di pareri da parte degli stakeholder, con l’obiettivo di condividerne le logiche. Oggi il MASE rende noti gli esiti di tale consultazione puntando i riflettori sugli spunti e le richieste emerse da parte dei 46 soggetti partecipanti. 

Gli esiti della consultazione pubblica

Ricordiamo che il Decreto FERX nasce con lo scopo di definire un meccanismo di supporto espressamente dedicato ad impianti a fonti rinnovabili con costi di generazione vicini alla competitività. Come? Tramite contratti CfD a valere sull’energia elettrica prodotta dagli impianti. Con un accesso diretto per quelli di taglia inferiore al MW, e tramite aste al ribasso per quelli di taglia uguale o superiore al MW. Ed è proprio su queste due modalità che arrivano le prime considerazioni.

Per la maggior parte dei soggetti che hanno risposto alla consultazione, il contingente di 5 GW per gli impianti FER ad accesso diretto non sarebbe sufficiente, soprattutto vista la grande attenzione che stanno ricevendo al livello di investimento i sistemi di piccola taglia.

Per quanto riguarda l’accesso tramite asta, invece, il parere generale condivide i contingenti individuati, che secondo l’ultima bozza pubblicata oggi sarebbero: per il fotovoltaico 45 GW; per l’eolico di 16,5 GW; per l’idroelettrico di 630 MW; per i gas residuati 20 MW. “Tuttavia – si legge nel documento del MASE – congiuntamente alla risposta positiva sono state proposte diverse modifiche (aumento di uno specifico contingente, creazione di nuovo contingente, meccanismi di riallocazione della potenza non assegnata, ridefinizione dei contingenti al fine di favorire lo sviluppo dei PPA, etc.)”. Tra gli spunti emersi c’è la proposta di contingenti separati tra il fotovoltaico a terra e sul tetto.

Proposti nuovi requisiti di accesso e tempistiche

In tema requisiti d’accesso, alcuni soggetti chiedono l’incremento della soglia di potenza per l’accesso diretto, l’aggiunta dei criteri ESG, la reintroduzione del requisito specifico che attesti la capacità finanziaria ed economica di chi partecipa al meccanismo del Decreto FERX.

“Con riferimento ai tempi massimi individuati per la realizzazione degli interventi, la consultazione ha evidenziato un forte distaccamento con le aspettative degli operatori. Per quanto detto diversi soggetti propongono per una o più fonti l’innalzamento dei tempi previsti, chiedendo di tenere in considerazione parametri quali, la potenza e/o la tipologia d’intervento, l’ottenimento dei titoli autorizzativi, i tempi di realizzazione della connessione e quelli dovuti agli approvvigionamenti, che sottolineano, potrebbero oltretutto determinare un aumento dei costi, visto anche i meccanismi incentivanti”, si legge ancora nel documento.

Per i tempi di comunicazione della data d’entrata in esercizio dell’impianto, emerge nel complesso l’esigenza di un prolungamento, aggiungendo da più 60 giorni a 12 mesi. Viene anche evidenziata una certa contrarietà all’obbligo per gli operatori di impianti rinnovabili non programmabili che stipula un contratto CfD ad abilitarsi alla fornitura dei servizi di dispacciamento.

Un gruppo di scienziati del KAIST ha sviluppato una batteria a ioni di sodio ad alta energia, ad alta potenza e di lunga durata

Quando le batteria a ioni sodio incontrato i supercondensatori a ioni sodio

Arriva dalla Corea del Sud la prima batteria ibrida al sodio in grado di battere la tecnologia a ioni di litio a mani basse. Con ottime prestazioni lato di capacità di accumulo, potenza, velocità di carica e durata, come dimostra l’articolo pubblicato sulla rivista scientifica Energy Storage Materials (testo in inglese).

Nel 2020 le batterie a ioni sodio (Na+) hanno raggiunto prestazioni comparabili a quelle degli ioni di litio in termini di capacità e durata del ciclo in condizioni di laboratorio. Da allora il segmento ha continuato a macinare grandi progressi, spinto dall’esigenza globale di trovare una tecnologia di accumulo più economica delle ricaricabili al litio e meno dipendente dalle attuali catene di approvvigionamento dei materiali critici. L’ultimo grande risultato nel campo è quello segnato da un gruppo di scienziati del KAIST, il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

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Il team guidato dal professor Jeung Ku Kang del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali ha messo a punto una batteria ibrida agli ioni di sodio dalle prestazioni eccellenti e in grado di ricaricarsi in pochi secondi. Il segreto? Un’architettura che integra materiali anodici propri delle batterie con catodi adatti ai supercondensatori.

Batteria ibrida al sodio, prestazioni record

In realtà non si tratta di un approccio nuovo. Gli stoccaggi ibridi con Na+ sono emersi negli ultimi anni come una promettente applicazione nel campo dell’energy storage in grado di superare i punti deboli degli accumulatori a ioni di sodio più conosciuti.

Tradizionalmente questo metallo è usato e studiato in due tipi di dispositivi di stoccaggio: batterie e condensatori. Le prime, come spiegato poc’anzi, forniscono oggi una densità di energia relativamente elevata ma sono caratterizzate da una lenta cinetica di ossidoriduzione, che si traduce in una bassa densità di potenza e una scarsa ricaricabilità. I secondi invece hanno un’elevata densità di potenza dovuta all’accumulo di carica tramite rapido adsorbimento di ioni superficiali, ma una densità di energia estremamente bassa.

Tuttavia unire le due tecnologie impiegando catodi di tipo condensatore e degli anodi di tipo batteria, non ha dato subito i risultati sperati. La causa è da ricercare soprattutto nello squilibrio cinetico tra i due tipi di elettrodi.

Nuovi materiali per catodo e anodo

Per arginare il problema il team sudcoreano ha utilizzato sviluppato un nuovo materiale anodico con cinetica migliorata attraverso l’inclusione di materiali attivi fini nel carbonio poroso derivato da strutture metallo-organiche. Inoltre, ha sintetizzato un materiale catodico ad alta capacità e la combinazione dei due ha consentito lo sviluppo di un sistema di accumulo di ioni sodio che ottimizza l’equilibrio e riduce al minimo le disparità nei tassi di accumulo di energia tra gli elettrodi.

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La cella completamente assemblata supera per densità di energia le batterie commerciali agli ioni di litio e presenta le caratteristiche della densità di potenza dei supercondensatori. Nel dettaglio la batteria ibrida al sodio si ricarica rapidamente e raggiunge una densità di energia di 247 Wh/kg e una densità di potenza di 34.748 W/kg. Inoltre gli scienziati hanno registrato una stabilità del ciclo con efficienza Coulombica pari a circa il 100% su 5000 cicli di carica-scarica.

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“.