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Pale eoliche, come trasformare i rifiuti in nuove risorse

I ricercatori del Fraunhofer Institute for Wood Research hanno sperimentato una nuova tecnica per recuperare il legno di balsa contenuto nelle lame e trasformarlo, ad esempio, in pannelli isolanti per l'edilizia

pale eoliche
Credits: Peter Heitmann © 123rf.com

 

 

In arrivo la prima ondata di pale eoliche giunte fine vita

(Rinnovabili.it) – Anche l’energia del vento produce (indirettamente) rifiuti e non tutti sono facili da trattare. È il caso delle pale eoliche, la cui composizione premia l’efficienza della macchina ma si sta rivelando una sfida per il settore del riciclo. Questi elementi sono realizzati in materiali compositi costituiti plastica rinforzata con fibra di vetro, accoppiata a legno di balsa tramite una resina epossidica o una schiuma polimerica. Grandi bulloni metallici si trovano sulla flangia, che collega il rotore, e all’interno delle lame sono contenute linee di rame che fungono da parafulmini. Alcuni produttori di turbine d’ultima generazione,  integrano anche polimeri rinforzati con fibra di carbonio in aree particolarmente sollecitate dal lavoro meccanico. Il legame tra plastica, fibra di vetro e legno è estremamente forte. D’altra parte deve esserlo per permettere alle pale eoliche di raggiungere velocità massime di oltre 250 chilometri all’ora senza disintegrarsi o danneggiarsi. Ma se questo mix di materiali ibridi si è rivelato un vantaggio per la produzione energetica, per lo smaltimento ha operato in senso opposto: è estremamente difficile separare i singoli componenti.

 

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Il problema è stato inizialmente sottovalutato, ma oggi, con la prima ondata di aerogeneratori giunti a fine vita, la necessità di riciclare tutti i componenti è divenuta fondamentale. Basti pensare che nella sola Germania a fine 2019 erano ben 2.000 le pale eoliche esauste; e nel 2024, questa cifra supererà le 15.000 unità. A studiare una possibile soluzione al problema è oggi anche il Fraunhofer Institute for Wood Research (Wilhelm-Klauditz-Institut – WKI). Qui un team di ricercatori ha sperimentato una nuova tecnica di riciclo per recuperare ed elaborare il legno di balsa contenuto nelle pale eoliche e trasformarlo, ad esempio, in pannelli isolanti per edifici.

 

Normalmente una lama del rotore contiene circa 15 metri cubi di legno di balsa, che non è solo uno dei legni più leggeri al mondo, ma anche un materiale estremamente resistente alla pressione. “Questo è il vantaggio chiave della balsa rispetto alla maggior parte delle schiume polimeriche”, spiega eter Meinlschmidt, project manager del WKI. Sebbene non abbia quasi alcun contenuto energetico, viene bruciato come materiale composito, di solito nelle fabbriche di cemento”. 

L’approccio convenzionale per recuperare e riciclare la balsa prevede che le pale eoliche siano smontate sul posto e quindi fatte a pezzi con una sega a nastro; un processo relativamente complesso. “Ecco perché ci è venuta l’idea di provare con una lancia a getto d’acqua. E sai cosa? È stato molto più veloce e ed efficiente”, afferma Meinlschmidt. Quindi il gruppo di ricerca ha utilizzato un mulino centrifugo a impatto per separare i pezzi di lama nei singoli componenti. In questi macchinari i materiali vengono scagliati in rotazione contro del metallo ad alta velocità. Come spiega Meinlschmidt, “In questo modo il materiale composito si rompe perché il legno è viscoplastico, mentre le fibre di vetro e la resina sono molto dure”.

Il legno così recuperato è stato lavorato per realizzare pannelli isolanti ultraleggeri. “Attualmente circa il 10 percento dei materiali coibentanti per l’edilizia sono realizzati con risorse rinnovabili: c’è spazio per nuovi miglioramenti”. Con una densità inferiore a 20 chilogrammi per metro cubo, questi pannelli sono finora unici sul mercato e offrono un isolamento buono quanto quello dei comuni materiali a base di polistirolo.

 

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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 • 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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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. 

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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“.

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