Knotty: la panchina “cucita a maglia”, con la stampa 3D dei rifiuti plastici

I designer olandesi di The New Raw hanno trasformato i rifiuti plastici nel materiale perfetto per “tessere” le giocose panchine Knotty, unendo la maestria degli artigiani all'innovazione digitale.

Le panchine Knotty sono l’ultima evoluzione del processo di ricerca sulla circolarità dei rifiuti plastici avviato dal team The New Raw

(Rinnovabili.it) – Secondo il WWF ogni anno vengono prodotte 450 milioni di tonnellate di plastica, di queste ben 8 milioni finiscono nell’Oceano con le pesanti conseguenze che tutti conosciamo. Ma immaginiamo di poter recuperare questi rifiuti plastici e trasformarli nell’inchiostro perfetto per una stampante 3D. Ad aiutarci in questo gioco di immaginazione ci hanno pensato i designer di The New Raw dando vita a Knotty, una panchina stampata in 3D con plastica riciclata ed ispirata al lavoro a maglia artigianale.

E’ proprio quest’ultimo dettaglio a fare la differenza ed a caratterizzare il lavoro del team con base a Rotterdam: creare elementi di arredo e design ispirati all’attività creativa manuale degli artigiani, ma prodotti attraverso un processo digitalizzato.

Modelli “lavorati a maglia” dal robot

Lanciate per la prima volta ad Alcova per la Design Week 2023 di Milano, le panchine Knotty sembrano lavorate a maglia, ma con un filo di plastica riciclata. La stampa 3D immaginata da The New Raw crea una superficie texturizzata composta da spessi nodi intrecciati tra loro, apparentemente morbidi. Oltre ad essere esteticamente accattivante, questa superficie plastica è anche permeabile e pertanto adatta sia agli interni che per gli esterni, consentendo il deflusso dell’eventuale acqua piovana. Può essere facilmente scalata in base alle esigenze senza richiedere alcun tipo di supporto interno o l’uso di altri materiali. Inoltre, cosa essenziale, è totalmente riciclabile a fine vita. Il progetto trasforma i rifiuti di plastica in un filo continuo di materiale “che si piega, si attorciglia e si attorciglia per creare un’intrigante superficie tattile che ricorda i tessuti e invita gli utenti a toccarlo”. “Usiamo tecniche di maglieria analogiche in omaggio al filo continuo del processo di produzione, testandole su superfici grandi e dure. Con il nostro lavoro, cerchiamo di esprimere in modo tangibile la transizione dal tradizionale al digitale, e dal virtuale al fisico, con un tocco”, sottolineano Panos Sakkas e Foteini Setaki, co-fondatori dello studio The New Raw nato nel 2015.

Le panchine Knotty trasformano le forme rigide del mondo digitale, in un materiale fluido che si trasforma nel mondo fisico reale e cambia aspetto in base alla temperatura ed alle proprietà meccaniche del materiale stesso. Le deformazioni ed i “difetti” del lavoro finale rendono di fatto ogni elemento d’arredo unico.

Arredi unici 100% circolari

Il materiale di partenza è sempre lo stesso, i rifiuti plastici, ma i risultati prodotti dal team di designer sono sempre differenti, in base alle esigenze finali ed al processo di stampa e digitalizzazione scelto per quel determinato lavoro.

Knotty è solo l’ultima evoluzione di una lavoro iniziato dallo studio nel 2017. L’ispirazione arriva sempre dalla natura e dal desiderio di trasformare un rifiuto ingombrante come la plastica, in qualcosa di nuovo. Attraverso l’artigianato gli scarti tornano nel ciclo produttivo, salvaguardando l’ambiente, ma creando al contempo elementi d’arredo utili e belli. Le potenzialità della stampa 3D con rifiuti plastici sono praticamente infinite e riutilizzabili all’infinito, nel perfetto ciclo “Cradle to Cradle”.

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“.