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Risorse naturali: usi e abusi oltre ogni limite

Il WWF diffonde i dati del Global Footprint Network, stando ai quali l’utilizzo delle risorse naturali ha superato il livello in cui il pianeta riesce a rigenerarle

(Rinnovabili.it) – L’umanità è in rosso sul conto delle risorse naturali e a poco più di tre mesi dalla fine del 2011, il fabbisogno di risorse ha sorpassato il livello che il pianeta è in grado di fornire e rigenerare. Questa la dura sentenza del Global Footprint Network (GFN), l’organizzazione di ricerca internazionale che promuove la scienza della sostenibilità lavorando sull’impronta ecologica e con la quale il WWF pubblica dal 2000 il rapporto biennale “Living Planet Report”.
Secondo i dati del Sustainable Europe Research Institute, infatti, ogni anno vengono estratte e utilizzate circa 60 miliardi di tonnellate di materie prime, praticamente 22 chilogrammi procapite al giorno (8 tonnellate all’anno a persona), che diventano 40 se consideriamo anche i materiali di estrazione e quelli estratti e non utilizzati: un (ab)uso di quasi il 50% in più rispetto a solo 30 anni fa. Non sono i numeri della lotteria, ma il bilancio di una realtà che, se non inverte la propria tendenza, rischia di compromettere seriamente lo sviluppo del pianeta.
Il conto è in rosso, dunque, e l’unico rimedio per pareggiare il bilancio è puntare a un futuro sostenibile. Secondo il direttore scientifico del WWF Italia, Gianfranco Bologna: “il segnale è molto chiaro e costituisce uno stimolo fortissimo per accelerare la trasformazione del nostro sistema economico verso una strada di sostenibilità e di una nuova economia che metta al centro il valore del capitale naturale, senza il quale non esiste benessere e sviluppo economico nelle nostre società”.
In un tale contesto, l’Europa è il continente con il più elevato tasso di importazione di risorse, dai Paesi più poveri, destinate a mantenere il proprio livello dei consumi: i chilogrammi di risorse estratti ogni giorno a persona, infatti, sono 36, ma salgono a 43 se si prendono in considerazione anche le risorse estratte e inutilizzate.
L’insostenibilità della situazione deve dunque orientarsi verso altre strade. Secondo Bologna, la prima cosa sensata da fare sarebbe una trasformazione dei mercati che riduca significativamente il consumo di materie prime come il legno, la carta, il cotone, l’olio di palma e il pesce. Ma al di là di un cambiamento radicale delle filiere produttive delle imprese, potrebbe essere di estrema utilità anche un cambiamento delle abitudini quotidiane degli esseri umani, spesso inconsapevoli di quanto azioni apparentemente innocue possano avere conseguenze notevoli sulla sostenibilità del pianeta.
Ma com’è possibile alleggerire la propria impronta sul mondo?
Per rispondere a questa domanda e renderci consapevoli del peso delle nostre azioni quotidiane, il WWF ha elaborato due programmi interattivi, che danno indicazioni concrete all’utente.
Il primo è “Il carrello della spesa”, con cui calcolare il peso del cibo che raggiunge le nostre tavole. Consultabile sul sito del WWF, è una sorta di supermercato virtuale attraverso cui si può calcolare quanto le nostre scelte alimentari siano responsabili di emissioni di gas a effetto serra e a quanto ammonti il consumo di acqua. Il programma fornisce anche suggerimenti su come ridurre il proprio impatto ambientale e scegliere un menù green e a basso consumo di acqua.
Il secondo programma interattivo è “Il calcolatore dell’impronta di carbonio”, utile a capire quanto le nostre attività quotidiane contribuiscano alle emissioni di anidride carbonica e quindi influenzino i cambiamenti climatici.
Gli strumenti, dunque, ci sono; la consapevolezza sta pian pianino aumentando. L’auspicio è che riusciamo tutti ad “alleggerirci” e ad avere un passo più felpato.

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Rinnovabili • Batterie al sodio allo stato solido

Batterie al sodio allo stato solido, verso la produzione di massa

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
via Depositphotos

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 Na2Sx 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 .

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • fotovoltaico materiale quantistico

Fotovoltaico, ecco il materiale quantistico con un’efficienza del 190%

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

fotovoltaico materiale quantistico
via Depositphotos

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. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

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“.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.