Il Cacao Eco Village, Stampato in 3D con gli scarti di cacao

Una rete di villaggi carbon neutral, dove promuovere l'economia circolare dell'industria del cacao ed eliminare gli sprechi: parte la costruzione del primo Cacao Eco Village

Gli scarti dei gusci di cacao saranno utilizzati per stampare in 3D le case del cacao Eco Village

(Rinnovabili.it) – Entro il 2022 sorgerà a Pedernales, una contea nella provincia costiera di Manabi in Ecuador, il primo Cacao Eco Village, una rete di villaggi globali ecologici e carbon neutral.

Il progetto nasce dalla collaborazione tra la Valentino Gareri Atelier, il produttore di cacao ecuadoriano MUZE e la no profit Avanzi, per spingere l’industria del cacao verso la massima innovazione green promuovendo un nuovo sistema di economia circolare.

La scelta del luogo non è casuale, l’economia di Padernales si basa principalmente sulla coltivazione e la produzione di cacao, principale fonte di guadagno delle famiglie.

Cinque principi chiave nel design del villaggio

Il design incorpora cinque principi fondamentali:

• Modularità, per essere facilmente estendibile, adattabile e replicabile a diversi stili e geometrie.
• Funzionalità, il villaggio sarà il centro di lavorazione del cacao, della fabbrica di cioccolato, del centro educativo e di ricerca, nonché punto di riferimento culturale e meta di turismo.
• Sostenibilità, sarà autosufficiente dal punto di vista energetico, recuperando l’acqua piovana, sfruttando al meglio l’energia solare e la ventilazione naturale. Impiegherà materiali locali per la sua costruzione come il bambù, il legno e soprattutto un biofilamento recuperato dagli scarti dei gusci di cacao poi impiegato nella stampa 3D per la realizzazione delle strutture.
• Tecnologico, impiegando tutte le soluzioni più innovative dall’Internet of Things, alle digitalizzazione criptografica dei blockchain e degli NFT.
• Connessione, sia alle comunità locali che alle tradizioni locali.

La Silicon Valley del cacao

Tutti gli edifici sono costruiti con materiali locali e naturali, traendo ispirazione dalla vasta gamma multicolore ecuadoriana e dalla colorata vegetazione. La forma degli edifici e delle coperture faciliterà la raccolta dell’acqua piovana.

Per promuovere anche la mobilità sostenibile, il Cacao Eco Village sarà inoltre dotato di una fitta rete di viali ciclo pedonali, mettendo a disposizione degli abitanti veicoli elettrici e colonnine di ricarica. Il traffico pesante sarà spostato all’esterno del villaggio limitando l’accesso solo per lo stabilimento di produzione.

Se fino ad oggi l’industria del cacao aveva un pesante impatto ambientale e sociale sulle comunità, con la nuova rete di villaggi carbon neutral si cercherà di trovare una soluzione alternativa e creativa. Utilizzando un modello di economia circolare fuori dagli schemi sarà possibile ridurre gli sprechi, aumentare il reddito, dimezzare l’impronta ambientale e ridurre la dipendenza dalle risorse.

Dagli scarti alla stampa 3D

L’obiettivo della futura rete di eco villaggi è creare nuovi prodotti etici a base di cacao utilizzando il massimo della frutta, i cui scarti ad oggi corrispondono a ben l’80% del prodotto. Una parte della lavorazione verrà trasformata e reimpiegata per le stampanti 3D per costruire le architetture stesse.

Il cacao Eco Village è stato ribattezzato la “Silicon Valley” del cacao: uno spazio per l’innovazione e la ricerca, dove troveranno posto start-up, produttori e aziende.

Leggi anche Dalla carta igienica riciclata alla stampa 3D

”Abbiamo spinto così tanto i principi fondamentali dell’economia circolare che hanno ispirato la filosofia di progettazione dell’intero progetto. Gli scarti di cacao, risultato del processo di produzione del cioccolato, saranno riutilizzati per la stampa 3d di parti del villaggio. I rifiuti non si trasformano solo in risorsa, ma in architettura. In un futuro non troppo lontano potremo progettare edifici interamente realizzati con materiali naturali e riciclarli al termine del loro ciclo di vita per crearne di nuovi o per restituirli alla natura”, ha commentato Valentino Gareri a proposito del progetto.

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. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

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“.