Ecomondo 2017: sostenibilità da toccare con mano

Dai robot contro l’inquinamento idrico alle mini car a idrogeno: la fiera internazionale dell’economia verde e circolare apre oggi battenti a Rimini per stupire e insegnare

(Rinnovabili.it) – Quanto spazio ci vuole per mostrare le buone pratiche della sostenibilità e le migliori idee “verdi”? Circa 113.000 metri quadrati, quelli messi a disposizione per la nuova edizione di Ecomondo, l’appuntamento annuale della green e circular economy, e KeyEnergy, il Salone dell´Energia e della Mobilità Sostenibile. La combo di eventi apre oggi i battenti alla Fiera di Rimini, dove sarà protagonista assoluta fino al 10 novembre. La proposta espositiva 2017 torna nuovamente ad offrire un tour nei principali settori della sostenibilità, dalla gestione dei rifiuti al recupero di materia ed energia, dalla gestione della risorsa idrica all’efficienza energetica, dalle fonti rinnovabili alla mobilità.

Una delle chiavi più affascinanti con cui leggere il nuovo appuntamento riminese è sicuramente quello dell’innovazione. A partire da quella portata a Ecomondo dall’Enea che sarà presente per la prima volta alla fiera con una “task force” specializzata nel trasferimento tecnologico al settore produttivo e una serie di progetti innovativi, come Urb-e 4.0, la nuova generazione di city car ibrida (elettrico + idrogeno) che funziona con una piccolissima cella a combustibile alimentata da due bombole di idrogeno da 10 litri ciascuna. La batteria elettrica da 4 kWh viene ricaricata in 4 ore dalla cella a combustibile e garantisce un’autonomia di guida di 70 chilometri al costo di circa 3 euro per un “pieno” di idrogeno (0,3 kg). È in corso di sviluppo una modifica al software di gestione del veicolo che consentirà alla cella a combustibile, nella marcia a velocità costante, di alimentare direttamente il motore elettrico di trazione evitando perdite in batteria, con un recupero di efficienza del 20%.

A Ecomondo ENEA porta anche l’innovativo sistema di rilevazione oraria dell’inquinamento atmosferico “ForAir_IT”, in grado di  prevedere la qualità dell’aria a 3-5 giorni con un livello di dettaglio mai raggiunto prima su scala nazionale (aree delle dimensioni di un piccolo comune italiano).

La fiera darà spazio anche all’intelligenza artificiale e la robotica al servizio del monitoraggio delle acque di fiumi e laghi e della gestione di infrastrutture. “Attraverso gli eventi faro proposti quest’anno ad Ecomondo – spiega il professor Francesco Fatone (Università Politecnica delle Marche), membro del comitato tecnico-scientifico di Ecomondo – punteremo l’attenzione su come si declina l’Information Technology e l’industria 4.0 nel settore acqua, percorso indicato come prioritario dalla Commissione Europea”.

Si conosceranno gli ultimi sviluppi del progetto INTCATCH (www.intcatch.eu). che ha portato ad un sistema evoluto di monitoraggio delle acque, che combina robotica, intelligenza artificiale, nano e bio-sensori, gestione di big data su cloud. Attraverso l’uso di flotte di droni acquatici equipaggiate con sensori innovativi e una piattaforma di strumenti biotecnologici ed informatici in grado di rilevare il genoma dei batteri, il progetto è in grado di valutare con tempestività il livello di inquinamento dei bacini idrici.

Gli spazi di Ecomondo e KeyEnergy

Città Sostenibile – lo spazio espositivo dove prende forma la città ideale attraverso quattro macro aree Rigenerazione Urbana, Mobilità e trasporto sostenibili, Key Solar (dedicato a fotovoltaico e accumulo) e Internet of Things e ICT.

Global Water Expo – la sezione dedicata a tutte le fasi della filiera del ciclo idrico integrato delle acque, dalla captazione alla restituzione all´ambiente.

Key Efficiency – appuntamento dedicato alle tecnologie, ai sistemi e alle soluzioni per un uso intelligente delle risorse.

KEY Wind – la sezione dedicata all’energia eolica organizzata con il supporto di ANEV Associazione Nazionale Energia del Vento

KEY Storage – dedicato all’immagazzinamento dell’energia da fonti rinnovabili.

SAL.VE è il Salone biennale del Veicolo per l’Ecologia, organizzato in partnership con Anfia.

H2R – Mobilità e trasporto sostenibili con Mobilità, il nuovo progetto inserito all’interno de La Città Sostenibile, vuole mettere a sistema tutte le componenti relative alla mobilità sostenibile.

Condominio Eco, per scoprire Homo Condòmini Tour 2018, sette container rigenerati e allestiti con Smart Technology and Building Solutions che dal 22 marzo 2018 attraverseranno l’Italia per consentire a tutti di toccare con mano l’evoluzione di materiali e tecnologie già disponibili.

Guarda qui il programma eventi

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“.