Un nuovo generatore triboelettrico leggero e galleggiante trasforma le gocce di pioggia in energia pulita, utilizzando l'acqua stessa come componente chiave
Produrre energia dalla pioggia è uno dei grandi traguardi che la ricerca di settore sta tentando di raggiungere per riuscire a sfruttare anche le brutte giornate. La tecnologia esiste ed è comprovata, ma i dispositivi realizzati finora sono così costosi ed ingombranti da limitarne l’impiego su larga scala. In aiuto arriva oggi l’Università di Aeronautica e Astronautica di Nanchino con un nuovo generatore elettrico a gocce più leggero ed economico dei sistemi convenzionali, ma altrettanto valido.
Cos’è la tecnologia idrovoltaica?
Il campo in cui ci muoviamo è quello dell’emergente tecnologia idrovoltaica, etichetta che racchiude una serie di approcci per generare elettricità tramite l’interazione diretta dell’acqua con materiali funzionali.
Uno di questi approcci è rappresentato dai generatori di elettricità a gocce o DEG, per usare l’acronimo inglese (droplet-based electricity generators). Si tratta di un’evoluzione dei nanogeneratori triboelettrici (TENG), dispositivi capaci di raccogliere energia a bassa frequenza e bassa potenza sfruttando l’effetto di accoppiamento tra triboelettrificazione e induzione elettrostatica.
Per la precisione, i DEG sono nanogeneratori triboelettrici solido-liquido che producono elettricità grazie al contatto tra gocce di liquido, per l’appunto, e un materiale carico. Tradizionalmente possiedono un design stratificato in cui un materiale dielettrico è collegato ad un elettrodo superiore e uno inferiore, quest’ultimo a contatto diretto con un substrato rigido. Come funziona? Lo spiegano gli stessi scienziati cinesi nella pubblicazione su National Science Review:
“Quando una goccia in caduta urta la superficie dello strato dielettrico, il supporto del substrato le consente di diffondersi ad alta velocità toccando l’elettrodo superiore”. A questo punto “si verifica un trasferimento di carica istantaneo dall’elettrodo inferiore a quello superiore, guidato dall’induzione elettrostatica, poiché la superficie dielettrica è generalmente caricata negativamente a causa dell’elettrificazione da contatto, producendo un’uscita elettrica”.
In parole più semplici, ogni goccia che raggiunge e si espande sulla superficie del DEG agisce come un interruttore, chiudendo un circuito temporaneo e permettendo al campo elettrostatico preesistente di generare una corrente.
Dai DEG ai W-DEG a base d’acqua
Sulla carta questa tecnologia può generare centinaia di volt, ma i materiali rigidi e costosi impiegati nei “comuni” generatori a gocce ne limitano l’applicazione nel mondo reale.
È a questo livello che si inserisce la ricerca dell’Università di Aeronautica e Astronautica di Nanchino. Gli scienziati hanno realizzato un nuovo design che consente al dispositivo di galleggiare sulla superficie dell’acqua. In questa configurazione, l’acqua stessa funge sia da substrato che da elettrodo inferiore, riducendo al minimo il peso complessivo e dimezzando i costi.
Per costruire il W-DEG, questo è l’acronimo del nuovo generatore di elettricità a gocce galleggiante, gli scienziati hanno impiegato un film dielettrico di fluoropolimero, fissando sulla parte superiore un filo metallico per l’elettrodo superiore; l’altra estremità del cavo viene inserita nell’acqua.
Come funziona il generatore elettrico a gocce galleggiante?
“Quando una goccia di pioggia atterra sul film dielettrico galleggiante, l’acqua sottostante fornisce la forza necessaria per assorbire l’impatto grazie alla sua incomprimibilità e tensione superficiale. Questo consente alla goccia di diffondersi più efficacemente sulla superficie. Allo stesso tempo, gli ioni presenti nell’acqua agiscono come portatori di carica, consentendo allo strato d’acqua di funzionare come un elettrodo affidabile”.
Il risultato? Il dispositivo riesce ad erogare elevate tensioni di picco di circa 250 volt per goccia, un livello di prestazioni paragonabile a quello dei DEG con substrati solidi, ma con solo un quinto del loro peso.
Non solo. Il W-DEG ha mostrato di riuscire a funzionare in un’ampia gamma di temperature ambientali e a diversi livelli di concentrazione salina.
Possibili applicazioni
Il prototipo creato dal team per i test – un apparecchio integrato di 0,3 m2 – ha dimostrato di poter alimentare 50 diodi a emissione luminosa contemporaneamente e di riuscire a caricare i condensatori a tensioni utili in pochi minuti.
“Lasciando che l’acqua stessa svolga un ruolo sia strutturale che elettrico, abbiamo inaugurato una nuova strategia per la generazione di elettricità da gocce, leggera, economica e scalabile”, ha affermato il Prof. Wanlin Guo, autore corrispondente dello studio. “Questo apre le porte a sistemi idrovoltaici senza terraferma, che possono integrare altre tecnologie rinnovabili come il solare e l’eolico”.
Leggi l’articolo di Wei Deng, Zihao Wang, Jingmin Wang, Tao Hu, Xiao Wang, Xuemei Li, Jun Yin, Wanlin Guo, Floating droplet electricity generator on water, National Science Review, Volume 12, Issue 11, November 2025, https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf318
