Supercondensatori bioibridi a base di cemento vivente

Nuovi traguardi per l’accumulo strutturale

Trasformare le pareti di casa in sistemi di accumulo che, oltre a garantire la stabilità strutturale, aiutino i proprietari a ridurre la bolletta energetica. Con questo obiettivo è stato messo a punto un nuovo supercondensatore bioibrido a base di cemento “vivente”.

Il progetto nasce da una ricerca sino-danese condotta da ingegneri dell’Università di Aarhus e dell’Università Jiaotong di Chongqing. Alla ricerca di un approccio sostenibile e a basso costo per l’accumulo di energia, il gruppo ha cercato di dare una nuova funzionalità al materiale da costruzione più utilizzato al mondo.

In realtà i supercondensatori in cemento non rappresentano una novità, ma per comprendere la bontà della nuova ricerca è necessario fare un passo indietro.

I supercondensatori sono in linea di principio dispositivi molto semplici, costituiti da due piastre elettricamente conduttive immerse in un elettrolita e separate da una membrana. Applicando una tensione ai capi del dispositivo, gli ioni carichi positivamente si accumulano sulla piastra caricata negativamente, quelli negativi sulla piastra caricata positivamente.

In questo contesto si è scoperto che è possibile impiegare materiali da costruzione per creare elettroliti solidi resistenti e altamente conduttivi. Rispetto ai tradizionali elettroliti liquidi, soggetti a perdite e infiammabilità, quelli solidi presentano minori rischi per la sicurezza e possono essere utilizzati in una gamma più ampia di applicazioni.

Supercondensatori in cemento microbico

Attualmente questa tecnologia si basa principalmente sull’accumulo passivo di carica elettrostatica, limitandone la densità energetica e la stabilità. Per superare queste limitazioni, il gruppo di ricerca sino-danese “ha dato vita” al cemento.

Il lavoro si è focalizzato sull’aggiunta alla matrice cementizia di microrganismi elettroattivi, una classe di batteri in grado di scambiare elettroni con l’ambiente extracellulare attraverso il trasferimento elettronico extracellulare (EET).

Una volta incorporati, questi batteri creano una rete di portatori di carica in grado sia di immagazzinare che di rilasciare energia elettrica.

Le prestazioni dei supercondensatori bioibridi

Nel dettaglio il team ha sfruttato il batterio Shewanella oneidensis per creare un biofilm sull’anodo di un nuovo supercondensatore bioibrido a base di cemento. Il risultato? Questo sistema raggiunge una densità energetica di 178,7 Wh/kg e una densità di potenza di 8,3 kW/kg, dimostrando prestazioni significativamente migliorate rispetto ai convenzionali condensatori a base di cemento.

Ovviamente, l’attività microbica diminuisce gradualmente man mano che i nutrienti vengono meno, ma il lavoro ha dimostrato che il supercondensatore è in grado di mantenere la carica anche dopo l’inattivazione dei batteri. In ogni caso, gli scienziati hanno progettato una rete microfluidica integrata all’interno del cemento per rifornire i batteri di proteine, vitamine, sali e fattori di crescita e riattivare le funzionalità originali.

In termini pratici – spiega l’ateneo danese in una nota stampa – ciò apre le porte a materiali energetici recuperabili che mantengono la loro funzione nel tempo.

I ricercatori hanno sottoposto il nuovo materiale a una serie di stress test, dimostrando che la capacità di accumulo non viene alterata nemmeno a basse o elevate temperature.

“Non si tratta solo di un esperimento di laboratorio”, afferma il ricercatore capo Qi Luo. “Prevediamo che questa tecnologia possa essere integrata in edifici reali, in muri, fondamenta o ponti, dove può supportare fonti di energia rinnovabile come i pannelli solari, fornendo un accumulo di energia locale. Immaginate una normale stanza costruita con cemento arricchito di batteri: con una modesta densità energetica di 5 Wh/kg, le sole pareti potrebbero immagazzinare circa 10 kWh, sufficienti a far funzionare un server aziendale standard per un’intera giornata”.