Dall’UNIST un innovativo generatore che ricava energia dalla pioggia per alimentare sensori e gestire le acque meteoriche senza sprechi
Un team di ricerca della UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology) ha presentato una innovativa soluzione nel campo dei generatore di elettricità basati sulle gocce (Droplet-based Electricity Generator – DEG).
A differenza dei sistemi tradizionali, questo dispositivo permette di produrre energia dalla pioggia e contemporaneamente di attivare in modo autonomo sistemi per la raccolta e lo stoccaggio delle acque meteoriche senza alimentazione esterna.
Sviluppato dal Professor Young-Bin Park del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’UNIS, il sistema utilizza un polimero superidrofobico rinforzato in fibra di carbonio (CFRP) che, installato sui tetti degli edifici, converte l’impatto delle gocce in segnali elettrici utilizzabili.
Un’evoluzione dell’effetto triboelettrico
Il principio fisico che consente di ricavare energia dalla pioggia è l’effetto triboelettrico. Si tratta di un processo di elettrificazione che avviene quando due materiali differenti, di cui almeno uno con proprietà isolanti, entrano in contatto o vengono strofinati tra loro. Questo contatto causa un trasferimento di elettroni da una superficie all’altra, generando una carica elettrostatica e una conseguente differenza di potenziale.
Il generatore DEG sviluppato dall’UNIST produce elettricità attraverso un processo simile.
Quando una goccia di pioggia entra in contatto con la superficie superidrofobica del dispositivo, avviene un trasferimento di carica tra il liquido e il materiale solido. Grazie alle proprietà idrorepellenti della superficie, la goccia non aderisce ma si stacca rapidamente rotolando via. Il movimento dinamico di distacco induce un flusso di elettroni attraverso le fibre di carbonio incorporate nel polimero, trasformando l’energia meccanica dell’impatto in corrente elettrica in modo quasi istantaneo.
Prestazioni massime anche in condizioni ambientali difficili
Un elemento distintivo di questo sistema è la sua capacità di generare energia dalla pioggia anche in condizioni ambientali particolarmente difficili. Il segreto dell’affidabilità risiede nel design in CFRP (polimero rinforzato con fibra di carbonio) che protegge il dispositivo dalla corrosione causata da umidità e inquinamento, a differenza dei comuni generatori metallici, garantendo una maggiore durabilità nel tempo.
I test di laboratorio hanno confermato le elevate potenzialità del sistema. Una singola goccia di pioggia, con un volume di circa 92 microlitri, è stata in grado di generare una tensione fino a 60 volt. Per dimostrare la scalabilità della tecnologia, i ricercatori hanno collegato quattro unità in serie, riuscendo ad alimentare brevemente un modulo di 144 luci a LED.
Applicazioni reali e monitoraggio intelligente
Per validare la tecnologia, il team ha installato il dispositivo su tetti e condotte di scarico in contesti reali. Con l’aumentare dell’intensità delle precipitazioni, i segnali elettrici diventano più forti e frequenti, permettendo al sistema di produrre energia dalla pioggia e, contemporaneamente, di fungere da sensore intelligente. Il dispositivo è infatti in grado di distinguere tra pioggia leggera, moderata o intensa, attivando autonomamente le pompe di scarico in caso di necessità.
“Questa tecnologia consente alle infrastrutture urbane di monitorare le precipitazioni e rispondere ai rischi di alluvione utilizzando esclusivamente l’energia prodotta dalla pioggia stessa“, ha affermato il Professor Park. “In futuro, il sistema potrebbe essere integrato nei settori della mobilità, inclusi veicoli o velivoli, dove i compositi in fibra di carbonio trovano già un ampio impiego”.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Advanced Functional Materials.
