Schneider Electric aiuta Landsec a creare The Forge, un esclusivo edificio Net Zero a Bankside

The Forge è il primo edificio commerciale inglese costruito e operato in linea con il framework net zero carbon stilato da UK Green Building Council Alimentato al 100% con energia rinnovabile e da 107 pannelli fotovoltaici Ottiene una riduzione del 25% dell’anidride carbonica incorporata nella fase di costruzione, usando un’innovativa piattaforma di progettazione per le tecniche di produzione e assemblaggio (P-DfMA)

The Forge – il primo progetto di sviluppo immobiliare commerciale a anidride carbonica zero (net zero carbon – NZC) portato avanti da Landsec, la più grande società di sviluppo e investimento immobiliare commerciale nel Regno Unito – impiegherà le tecnologie per la gestione intelligente dell’energia fornite da Schneider Electric. 

Landsec e Schneider Electric hanno collaborato strettamente fin dalle primissime fasi di creazione del concept di questo progetto unico nel suo genere, il cui completamento è previsto per la fine del 2022, che è in linea con l’impegno che Landsec si è assunta per diventare un’azienda net zero e per ridurre entro il 2030 del 70% le emissioni assolute di anidride carbonica.

Un approccio intelligente al percorso Net Zero

The Forge, sviluppo immobiliare che si trova a Londra nel polo culturale di Bankside, comprende due nuovi edifici a uso uffici di nove piani l’uno – chiamati Bronze e Phosphor – per uno spazio interno netto complessivo di circa 12.600 metri quadrati.

The Forge aspira ad essere il primo sviluppo immobiliare per uffici costruito e operato in linea con il framework per gli edifici “net-zero carbon” di UKGBC. E’ anche il primo progetto per uffici a essere costruito usando una piattaforma di progettazione ad elevata sostenibilità per la produzione e l’assemblaggio (P-DfMA). Schneider Electric ha contribuito a promuovere il processo di costruzione offsite, che ha incluso la produzione di unità “a pacchetto” per i controlli del sistema di building management. Il progetto si avvantaggerà dell’intera offerta tecnologica di EcoStruxure™ for Building, che abilita soluzioni smart building e di gestione dell’energia quali:

• EcoStruxure™ Building Operation: per consentire ai facility manager un controllo evoluto, ottimizzando l’operatività della gestione di edificio;
• EcoStruxure™ Power Monitoring Expert: per ottenere la massima disponibilità e la massima efficienza operativa, potendo sfruttare una visibilità approfondita sullo stato di salute dei sistemi elettrici e sul consumo di energia;
• EcoStruxure™ Power Advisor e EcoStruxure™ Building Advisor: per disporre di dati rilevanti con cui prendere decisioni informate, monitorando costantemente i sistemi e identificando guasti per affrontare proattivamente le inefficienze degli edifici;
• Componenti e prodotti smart per la distribuzione elettrica in media e bassa tensione: per poter monitorare completamente l’uso dell’energia e avere informazioni aggiornate in tempo reale sullo stato dell’infrastruttura.

“Poter accedere fin dalle prime fasi del processo di progettazione all’esperienza e alle tecnologie innovative di Schneider Electric ci ha indubbiamente aiutato a sostenere il percorso net-zero a cui ambivamo per questo progetto” ha dichiarato Neil Pennell, Head of Design Innovation and Property Solutions di Landsec. “L’ampiezza dell’offerta ci consentirà di migliorare l’esperienza degli occupanti, l’efficienza operativa e le credenziali di sostenibilità degli edifici, che si adatteranno ai cambiamenti climatici e al mutare del loro utilizzo nel tempo, riducendo al minimo le emissioni di carbonio nell’intero ciclo di vita. È essenziale che le nuove costruzioni continuino a soddisfare gli obiettivi climatici nella fase operativa, ed è per questo che le soluzioni Schneider per gli edifici intelligenti sono così fondamentali“.

“The Forge è la prova che gli edifici a zero emissioni sono possibili. Landsec sta creando edifici del futuro, oggi. Elementi chiave di questo processo sono l’adozione di tecnologie intelligenti e sfruttare il potenziale dell’elettricità intelligente, pulita e digitale – che noi chiamiamo “Elettricità 4.0” – fin dall’inizio“, ha dichiarato Kas Mohammed, VP Digital Energy di Schneider Electric UK & Ireland. “Con molte aziende che stanno rapidamente esaurendo il tempo a disposizione per raggiungere gli obiettivi net-zero, mi auguro che il lavoro svolto da Landsec fornisca un’ispirazione e un percorso per molti che non sanno da dove cominciare”.

The Forge è stato selezionato da Innovate UK, parte di UK Research and Innovation, come progetto dimostrativo per l’iniziativa Transforming Construction Challenge – a riconoscimento del suo design pionieristico e delle sue tecniche di costruzione innovative, che hanno contribuito a ridurre di circa il 25%, fino ad oggi, l’anidride carbonica incorporata dalla fase iniziale di progettazione.

La tecnologia all’avanguardia di Schneider Electric aiuterà inoltre questi edifici a raggiungere l’obiettivo “Design for Performance” (DfP) di Landsec. Questa valutazione relativa all’energia in uso è derivata da un’iniziativa di settore che mira a colmare il divario di prestazioni, stabilendo un metodo per garantire che i nuovi complessi di uffici soddisfino durante la fase operativa le performance previste dal progetto. La suite completa di soluzioni EcoStruxure™ aiuterà Landsec a monitorare i progressi rispetto alla tabella di marcia NZC e a ottenere il rating 5* NABERS UK.

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“.