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Un eccezionale assorbitore solare per la dissalazione economica

Una ricerca guidata dall'Università Ca’ Foscari Venezia ha creato un nuovo assorbitore solare selettivo capace di massimizzare la conversione dell’energia solare in calore. Un'innovazione estremamente utile per i dissalatori a evaporazione

dissalazione economica
Foto di Clint Patterson su Unsplash

Nuovi progressi per la dissalazione economica

(Rinnovabili.it) – Arriva da una ricerca italo svedese, guidata dall’Università Ca’ Foscari Venezia, il nuovo e importante contributo alla dissalazione economica tramite evaporazione. Il gruppo ha messo a punto un nuovo assorbitore solare selettivo, un materiale capace di assorbire completamente la radiazione solare, evitando l’emissione infrarossa, e accumulare calore.

“La principale novità della nostra ricerca – spiega Elisa Moretti, professoressa di Chimica inorganica a Ca’ Foscari – consiste nell’aver realizzato un sistema estremamente semplice rispetto ad altri sistemi per l’evaporazione dell’acqua tramite luce solare, grazie alle funzionalità di assorbimento della luce e di trasporto dell’acqua, che rendono il nuovo materiale una “spugna” in grado di riscaldarsi molto velocemente e di mantenere alta la sua temperatura”.

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La dissalazione evaporativa solare

La dissalazione evaporativa è uno dei procedimenti più “semplici” per ricavare acqua potabile. Si riscalda l’acqua fino a trasformarla in vapore, e separarla in questo modo dal sale. Quindi il vapore viene condensato per ottenere acqua dolce. Se il processo utilizza l’energia del sole è possibile renderlo non solo economico ma autosufficiente. Per migliorarne l’efficienza negli anni sono stati sviluppati diversi materiali assorbiti neri in grado di sfruttare al massimo l’energia solare senza bisogno di concentratori luminosi. L’inconveniente? Le temperature superficiali rimangono al di sotto di 85 °C a causa di un’eccessiva re-emissione termica nella regione del medio infrarosso (IR). Per evitare questa perdita di calore la ricerca di settore si è focalizzata sugli assorbitori solari selettivi. Questi composti  assorbono solo la lunghezza d’onda desiderata, riflettendo quelle indesiderate   e sono caratterizzati da bassa emissione nella regione del medio IR.

 Ed è qui che si inserisce la nuova ricerca italo svedese. Il gruppo composto da  scienziati e scienziate dell’Università Ca’ Foscari Venezia, Luleå University of Technology , Consiglio nazionale delle ricerche e Linköping University, ha creato un nuovo assorbitore selettivo estremamente efficiente.

Il nuovo assorbitore solare selettivo

Il nuovo materiale è caratterizzato da un’alta porosità e particolari proprietà elettroniche, grazie alle quali riesce ad assorbire la totalità della radiazione solare, ed al contempo a non disperdere il calore accumulato”, spiega Alberto Vomiero, professore di Scienza dei materiali a Ca’ Foscari. “Di conseguenza, la superficie supera i 100 °C dopo soli quattro minuti di irraggiamento con luce solare”. Per  la precisione un film sottile del nuovo assorbire mostra una temperatura superficiale record di 101,7 °C sotto l’illuminazione a 1 sole. 

Il nuovo materiale, composto da cobalto e antimonio, è stato messo alla prova in un sistema di desalinizzazione ad evaporazione solare usando luce artificiale. Il test ha mostrato ottime prestazioni e “una temperatura superficiale di 50 °C a contatto con l’acqua”, ha aggiunto Vomiero. Il risultato potrà contribuire allo sviluppo di nuovi sistemi di dissalazione economica e a basso impatto ambientale, in zone aride o con mancanza di acqua potabile. Ma appare utile anche ai fini della realizzazione di superfici ultra-calde in zone ad alta insolazione. “Questo nuovo materiale – sottolinea il team – può offrire un contributo importante per il raggiungimento degli Obiettivi di sviluppo sostenibile definiti dall’Organizzazione delle Nazioni Unite, in particolare riguardo il sesto obiettivo Acqua pulita e servizi igienico-sanitari”. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications (testo in inglese).

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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.


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Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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