Rinascimento Energetico

Dopo il brutalismo tecnologico, l’oscurantismo energetico e il medioevo rinnovabile, finalmente arriva l’epoca del Rinascimento Energetico

All’interno dello splendido  Palazzo Iseppo da Porto a Vicenza, di Andrea Palladio, ha sede lo show room dell’azienda Enessere di Brendola (VI). Un luogo etereo dal carattere monumentale e maestoso dove si respira storia, bellezza architettonica e cultura. Palladio, architetto rinascimentale, non avrebbe mai potuto immaginare che il suo palazzo avrebbe fatto da scenario alla nascita di un’altra epoca rinascimentale, il Rinascimento Energetico.

Hercules Wind Generator è una di quelle opere che segnerà un cambiamento nel modo di produrre energia dal vento. Un minieolico ad asse verticale dal design unico realizzato con materiali d’eccellenza (legno, titanio e carbonio) e in soli 100 esemplari.

Questo progetto nasce dalla volontà di Alberto Tessaro, il 35enne vicepresidente della Enessere, che ha saputo, sfruttando il know how dell’azienda di famiglia (Autoelettric, specializzata nella componentistica per auto) e con l’aiuto di un gruppo di giovani imprenditori, implementare e diversificare la produzione della propria azienda. Tessaro ha innovato e puntato su altro, sulle tecnologie rinnovabili, appunto.

In un periodo in cui la crisi ha spazzato via molte aziende del vicentino, questa è una mosca bianca che ha avuto la lungimiranza di differenziare, sfidando gli stereotipi, le credenze e le convinzioni di questo tempo che, con rassegnazione e mancanza d’inventiva, accetta energie rinnovabili brutte.

Hercules Wind Generator è una scultura tecnologica disegnata da Renato Guerra, che ha progettato e costruito le vele in legno, ed ai fratelli Guerra, che hanno curato la realizzazione della struttura metallica in titanio e carbonio. A questi livelli non si può più parlare di prodotti industriali ma di puro  artigianato scientifico, un modus operandi simile a quello delle botteghe medievali, una sinergia tra imprenditori e maestranze locali. Ci sono aziende che puntano in paesi con manodopera a basso costo e c’è invece chi punta nell’eolico 100% Made in Italy.

Alberto Tessaro spiega: “L’obbiettivo è produrre impianti che superino il tradizionale problema dell’eolico, l’impatto ambientale; per questo abbiamo scelto di realizzare microimpianti con un design accattivante e unico, capace di inserirsi con armonia nel paesaggio, con un sistema ad asse verticale che non produce il tipico rumore creato dalle pale eoliche ad asse orizzontale. Hercules Wind Generator è stato pensato per integrarsi perfettamente con il paesaggio circostante e per contribuire a valorizzare l’ambiente naturale e architettonico, caratterizzandolo e promuovendo il senso di appartenenza. I microimpianti sono pensati per villette, alberghi e centri storici, ma potrebbero evolversi anche per centri commerciali […]. Lo studio dei prodotti, dal punta di visto estetico, per noi è essenziale, la bellezza è il catalizzatore del successo delle nostre tecnologie. Enessere crede che attraverso il design dei suoi prodotti si possano umanizzare tecnologie all’avanguardia”.

Quindi, si tratta sì di tecnologie ma con un cuore umano, sono tecnologie che si pongono al servizio dell’uomo e della sua evoluzione. Per avere una maggiore diffusione delle tecnologie rinnovabili, dobbiamo mantenere standard estetici elevati e, per garantire questo, non si possono fare compromessi al ribasso, non possiamo puntare al “discount delle rinnovabili” perché non funzionano. Ci sono aziende che puntano al prodotto economico, mentre c’è chi vuole fare la differenza, puntando verso un più eccitante e soddisfacente mondo del lusso…

Questo eolico va oltre lo scopo di valorizzare il contesto dove viene ubicato. Chi lo compra non lo fa solo perché vuole autoprodurre energia elettrica autonomamente e quindi sentirsi con la coscienza a posto. Chi compra vuole fare vedere ed essere invidiato dai propri vicini di casa: una tecnologia rinnovabile dovrebbe diventare un “must”, ossia un qualcosa che tutte le famiglie dovranno sentire il bisogno di avere nel proprio giardino.

Descrizione: Acciaio INOX AISI 316; Lega in Titanio di Categoria 5; Fibra al Carbonio – Harvested Premium Hardwood; Finiture e Verniciature Sikkens Cetol Marine; Generatore MeccAlte EOGEN; Potenza nominale di uscita 5 KW; Costruzione di qualità Aerospaziale; Costruito artigianalmente al 100% in Italia. Collocato a 7 metri di altezza.

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“.