Innovazione e creatività, le parole chiave per rendere realtà la Città Sostenibile

Con il talk “Raccontiamo la città sostenibile” ABB affronta il tema dell'evoluzione dello spazio urbano come strategia di guadagno ambientale, sociale ed economico. Tra gli ospiti dell'evento l'arch. Stefano Boeri, il Sindaco di Bergamo Giorgio Gori, Gianluca Lilli di ABB Italia, Guido Davoglio di Tekser srl, Maria Cristina Papetti di Enel Grids

Boeri: “Pensare la transizione come un’opportunità straordinaria per migliorare la nostra vita”

(Rinnovabili.it) – Innovazione e creatività. Queste le parole chiave che devono guidare il cambiamento verso la Città sostenibile ed emerse ieri in occasione dell’interessante talk organizzato da ABB e dedicato proprio al tema dell’evoluzione dello spazio urbano. Una transizione ecologica che non deve essere letta come un peso, ma come uno strumento per migliorare equamente la qualità della vita. Perchè se l’efficienza viene applicata al contesto urbano il guadagno è sia ambientale che economico ed un profitto ottenuto migliorando il contesto in cui i cittadini vivono è una opportunità unica.

A tracciare la rotta accanto al padrone di casa Gianluca Lilli, Senior Vice President di ABB Italia, un parterre di importanti ospiti: l’Architetto Urbanista Stefano Boeri, Guido Davoglio – Partner e Technical Director di Tekser srl, Maria Cristina Papetti – Head of Global Sustainability Enel Grids, e Giorgio Gori, Sindaco di Bergamo città ospitante dell’evento.

Una platea di ospiti variegata ed in perfetta rappresentanza di tutte le competenze che avremo bisogno per tracciare la città sostenibile, così come sottolineato anche da Gianluca Lilli di ABB, primo a prendere la parola. “Dal nostro punto di vista la Città Sostenibile è un luogo che mette al centro la persona, che ha l’aspirazione a migliorare la qualità di vita dei suoi abitanti, in cui i trasporti pubblici e privati sono efficienti e sostenibili, ed una città che ha un’attenzione spasmodica al non spreco. Un risparmio in termini di risorse, ma anche di energia elettrica”.

“Un luogo che coniuga la sostenibilità ambientale con una sostenibilità anche dal punto di vista economico e sociale. Una città in cui applicare nuovi paradigmi molto più partecipativi, di produzione oltre che di consumo”.

Costruire il futuro partendo da oggi

La visione condivisa dagli ospiti del talk ABB “Raccontiamo la città sostenibile” va affrontata anche alla luce della recente Direttiva Europea sulle “Case Green” che punta alla totale decarbonizzazione entro il 2050. Un obiettivo che metterà a dura prova le competenze di tutti, dovendo confrontarsi con un patrimonio immobiliare vetusto e fragile.

“Ci serve una visione comune europee e le due scansioni temporali importanti, 2035 e 2050, ci permettono di guardare ad un orizzonte ragionevole di un’effettiva transizione ecologica che sia anche un modello di sviluppo sociale ed economico”, esordisce l’architetto e urbanista Stefano Boeri da sempre impegnato in prima linea nella riprogettazione in chiave green delle nostre città.

“Dovremmo fare una scelta drastica ed annullare quasi completamente il sistema confuso di pianificazione urbanistica, sostituendolo invece con piani per la transizione ecologica urbana con queste due scadenze europee”.

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Come è emerso nel corso del dibattito le buone pratiche da seguire per attivare questa trasformazione già esistono ed il Bel Paese è ricco di esempi di questo tipo, anche se siamo soliti pensare il contrario.

Un esempio concreto sono le Comunità energetiche, ovvero un ecosistema di entità differenti che agiscono con un obiettivo comune. “La generazione distribuita è il primo step verso la comunità energetica ed è un fenomeno in crescita”, sottolinea Maria Cristina Papetti – Head of Global Sustainability Enel Grids. “Prima di tutto perché aiuta economicamente, inoltre ha un impatto sociale che crea una condivisione di risorse e, non meno importata, genera una sostenibilità ambientale aiutando la decarbonizzazione”. “Un esempio concreto è il progetto Urban Futurability lanciato da Enel per la megalopoli di San Paolo in Brasile. Qui l’edilizia sociale si affianca ad una progettazione minimale che utilizza materiali riciclati, si integra nel verde, punta ad una mobilità pubblica assolutamente elettrica, ottenendo come risultato un modello virtuoso di un futuro per le città sostenibili”. Dati confermati dal Politecnico di Milano che in un recente studio parla di oltre 40.000 comunità energetiche entro il 2025.

Digitalizzare gli edifici

Come ogni macrorganismo anche le città sono composte da molteplici elementi a scala più piccola. Gli edifici sono senza dubbio il primo elemento da trasformare per assicurarci una riduzione delle emissioni ed un risparmio di risorse ed economico. Ma dove la sostituzione completa dell’organismo edilizio non è possibile, pensiamo ai tanti centri storici vincolati, ci viene in aiuto la digitalizzazione.

“L’edificio deve aprirsi al contesto sia che si parli di nuova costruzione che di ristrutturazione. Ed il vettore della trasformazione, il driver è l’energia elettrica”, commenta Guido Davoglio Technical Director di Tekser. “Fotovoltaico, geotermico, pompe di calore, eolico dove possibile, abbiamo individuato il vettore energetico vincente ovvero quello elettrico ed abbiamo anche tutte le tecnologie disponibili per applicarlo. Il prossimo upgrade è renderlo Intelligente, con tecnologie digitali e smart”.

Un edificio intelligente è un edificio capace di ottimizzare l’uso di energia, arrivando a risparmiare anche semplicemente gestendo meglio i consumi. “Un obiettivo possibile solo imparando a raccogliere ed interpretare i dati. E’ con il dato che costruiamo gran parte dell’efficienza e possiamo agire proprio in quei contesti urbani già edificati, tutelati, vincolati, su cui non ho grosse chance di intervenire sull’involucro o sull’impianto”, prosegue Davoglio. “Rendendo smart l’edificio con costi non elevati posso arrivare addirittura a fare il doppio salto di classe energetica che ci chiede la Direttiva UE”.

Lo sa bene il team di ABB che proprio grazie ad una trasformazione smart e all’utilizzo della sua piattaforme di Building Management System, ha ottenuto un risparmio del 30% sui consumi di uno degli edifici più iconici del Globo: il grattacielo Burj Khalifa. “Analizzando i consumi siamo riusciti 15 anni dopo la costruzione dell’impianto dell’edificio, ad ottenere un risparmio di energia”, afferma Gianluca Lilli.

Favorire la mobilità dolce ed il verde urbano, ma snellendo la burocrazia

Non si può parlare di smart city senza parlare di mobilità. Anche sotto questo aspetto sono molti gli argomenti introdotti dagli ospiti intervenuti durante il talk di ABB, ma ancora una volta la chiave di un futuro di successo è profondamente legata alla continua innovazione e ricerca. Esempio concreto lo si può leggere nella mobilità privata elettrica. Se da un lato è reale l’incremento incredibile raggiunto da Enel in Italia nel 2022, aumentando del 42% le infrastrutture di ricarica elettrica, è pur vero che il tema dell’autonomia delle batterie, dei tempi di ricarica e delle molte aree geografiche ancora sprovviste di colonnine “non sono miti da sfatare, ma problemi reali da affrontare” come sottolineato dall’attenta analisi di Maria Cristina Papetti.

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Le città del futuro vanno inoltre riviste sotto la lente del verde, inteso non solo come parchi e giardini, ma come superfici in grado di ridurre l’effetto isola di calore e migliorare il drenaggio dei suoli. Un elemento essenziale nella prevenzione dei dissesti idrogeologici.

Troppo spesso però l’innovazione deve scontrarsi con la burocrazia. Snellire i processi decisionali e le pratiche amministrative è forse uno dei temi ricorrenti che ha messo d’accordo tutti gli ospiti del talk di ieri organizzato da ABB. Le soluzioni esistono, come ha dimostrato la città di Bergamo che durante i due mandati del Sindaco Giorgio Gori, ha saputo avviare un dialogo tra pubblico e privato, indirizzando le risorse là dove più necessarie e creando una condizione di fiducia reciproca.

“Sul lungo periodo la sostenibilità è la scelta vincente dal punto di vista economico e sociale, bisogna però continuare a creare consapevolezza. Quanto più i singoli cittadini si rendono conto che fare una scelta indirizzata alla sostenibilità produce un vantaggio in prima persona, tanto più aumentiamo l’accelerazione e arriviamo alla convenienza economica per tutti”, conclude Gianluca Lilli, Senior Vice President di ABB.

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“.