Alterenergy, sostenibilità energetica nelle piccole comunità

Il progetto per la gestione sostenibile delle risorse energetiche è nato con l'obiettivo di sviluppare modelli replicabili in contesti analoghi a 63 comunità dell'Adriatico

(Rinnovabili.it) – I Paesi dell’area Adriatica lasciano in eredità esempi concreti e replicabili di sostenibilità energetica. Otto stati, dalla Grecia all’Italia, passando attraverso Albania, Montenegro, Croazia, Bosnia Herzegovina, Serbia, Slovenia e le regioni Puglia, Friuli Venezia Giulia, Veneto, Emilia Romagna, Marche, Abruzzo e Molise, hanno aperto un nuovo itinerario di networking dedicato allo sviluppo di modelli riproducibili di gestione sostenibile delle risorse energetiche. Modelli il cui punto di forza è la partecipazione di una pluralità di soggetti pubblici e privati.

Amministrazioni pubbliche responsabili delle politiche energetiche locali, cittadini ed operatori economici, insieme a università, istituti di ricerca, agenzie per l’energia e media, rappresentano i beneficiari finali di un processo di coinvolgimento attivato grazie al Progetto Strategico ALTERENERGY (Energy Sustainability for Adriatic Small Communities), co-finanziato dal Programma Transfrontaliero IPA Adriatico 2007-2013.

Con un budget complessivo pari a 12,5 Mln di Euro, la rete internazionale costruita dal 2012 ad oggi, ha realizzato in ogni territorio partner modelli di pianificazione e gestione di azioni integrate per il risparmio energetico e la produzione di energia da fonti rinnovabili, ottimizzando politiche e risorse finanziarie disponibili a livello locale. Molteplici i risultati, raggiunti anche in prospettiva delle opportunità della programmazione europea 2014-2020 e della nuova visione per la Macroregione Adriatico-Ionica. Si contano, infatti, investimenti materiali elaborati a monte con studi di dettaglio e progettazione esecutiva per lavori di efficientamento energetico in edifici pubblici, come scuole o fabbricati storici, insieme a soluzioni innovative per mobilità, riscaldamento o illuminazione sostenibile.

Si tratta di 2 casi pilota e 7 azioni dimostrative per un totale di 30 interventi concreti sui territori scelti per la sperimentazione infrastrutturale, che comprovano l’efficacia dei piani energetici territoriali costruiti nelle fasi progettuali iniziali e ridisegnano gli scenari mediante investimenti altamente integrati in termini di tecnologie e metodologie. Ma nel suo complesso ALTERENERGY può contare anche su una serie di azioni immateriali, eppur concrete per le positive ricadute registrate in termini culturali, sociali, turistici, educativi, commerciali e tecnologici: scambio di buone pratiche, trasferimento di conoscenze, animazione territoriale, campagne di sensibilizzazione, sviluppo economico locale, internazionalizzazione dei settori produttivi e tanto altro, sulla strada degli obiettivi comunitari su clima ed energia “20-20-20”.

Alla Regione Puglia, in qualità di capofila del Progetto, il compito di guidare tutte le attività con il supporto scientifico dell’Agenzia Regionale per la Tecnologia e l’Innovazione (ARTI Puglia). Ben 63 comunità target al di sotto di 10.000 abitanti sono state selezionate in tutta l’area del bacino Adriatico per la sperimentazione e, grazie alle risorse finanziarie del progetto, hanno testato un modello di intervento privilegiato per la gestione “sostenibile” delle risorse energetiche in loco. La scelta strategica di operazioni di programmazione e pianificazione ha condotto le comunità verso la definizione del “modello ALTERENERGY”, per un consumo più consapevole ed una produzione più sostenibile di energia.

Determinante il ruolo dell’ampio partenariato (18 organizzazioni composto da Regioni, Ministeri ed Agenzie governative per l’energia) che ha contribuito alla sottoscrizione di 41 protocolli d’intesa con le piccole comunità coinvolte, insieme alla realizzazione di 22 azioni di capacity building per lo sviluppo di competenze di tecnici ed amministratori, 48 report di valutazione energetica o di aggiornamento di Bilanci energetici locali, 43 Piani d’Azione per l’Energia Sostenibile, e 63 studi di fattibilità condotti su tutte le comunità target, a disposizione di comunità con analoghe esigenze.

Tra i tanti “risultati” consultabili online sul sito web www.alter-energy.eu, inoltre, la rete delle comunità ALTERENERGY offre input innovativi a più livelli:

• 1 sezione web dedicata alle “Alterenergy Target Communities”, che restituisce documenti e risultati delle esperienze realizzate per il progetto dalle piccole comunità coinvolte e fornisce una panoramica degli aspetti geografici, economici e sociali di ogni cittadina descrivendo, al contempo, le iniziative avviate in passato nel campo della sostenibilità energetica e ambientale.

• 6 pubblicazioni di “basic knowledge”, redatte per supportare le piccole comunità adriatiche nel pianificare e gestire iniziative mirate a migliorare l’efficienza energetica e le energie rinnovabili, secondo un approccio integrato di sostenibilità globale.
• 1 catalogo sui profili delle piccole e medie imprese coinvolte nel Progetto Strategico ed un servizio di business scouting al fine di avviare azioni di internazionalizzazione nel settore.
• 1 manuale didattico-teatrale per docenti e artisti che presenta un singolare percorso di educazione alla sostenibilità energetica e ambientale per le scuole, includendo testi e strumenti per l’organizzazione di un laboratorio teatrale dal titolo “OdisseAlternativa”.

• 1 quiz-game che propone un’esperienza multimediale ed un percorso interattivo per bambini dai 6 ai 12 anni e per quelli dai 13 anni in su.

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“.