Rinnovabili • Nanogeneratore triboelettrico dal legno: l’energia pulita arriva dal parquet di casa

Abete rosso e silicone per un nanogeneratore triboelettrico superefficiente

Il legno è un pessimo materiale per le applicazioni triboelettriche. Con l’aggiunta di due cappotti di silicone e nanocristalli, però, è possibile generare abbastanza energia pulita dai pavimenti per alimentare piccoli dispositivi elettronici e lampade a LED

Nanogeneratore triboelettrico dal legno: l’energia pulita arriva dal parquet di casa
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Il proof-of-concept di un nanogeneratore triboelettrico presentato dall’ETH di Zurigo

(Rinnovabili.it) – Legno di abete rosso, silicone e un pizzico di nanocristalli. È la ricetta di un nuovo tipo di nanogeneratore triboelettrico messo a punto al Politecnico di Zurigo in grado di creare energia pulita dai pavimenti. Trasformando i passi in elettricità, il prototipo di parquet riesce ad alimentare luci a LED e piccoli elettrodomestici.

Elettricità prodotta sfruttando l’effetto triboelettrico, ovvero una piccola quantità di elettricità statica che viene generata dal contatto e dallo sfregamento di superfici, e poi immagazzinata. La novità di questo nanogeneratore triboelettrico è il materiale impiegato: il legno, di per sé, non ha le proprietà adatte. Anzi, è tra i materiali peggiori per questo tipo di applicazioni.

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Come funziona il nanogeneratore ideato dall’équipe di ricerca guidata da Guido Panzarasa? Il prototipo ha le dimensioni di un foglio di formato A4 e consiste in un “panino”: due sottili strati di legno, rivestiti di materiali diversi che ne esaltano le proprietà triboelettriche. Uno strato ha un cappotto di silicone, che essendo tribonegativo tende a guadagnare elettroni al contatto. L’altro invece è imbottito di nanocristalli che sono tribopositivi, cioè cedono elettroni.

Aggirato il problema di rendere il legno un buon materiale triboelettrico, i ricercatori hanno poi testato diverse essenze per trovare quella che garantisce la migliore efficienza. La scelta finale è caduta sull’abete rosso, il legno degli Stradivari e delle foreste del nord-est devastate dalla tempesta Vaia nel 2018. Se tagliato in modo radiale, l’abete rosso permette di generare fino a 80 volte più elettricità rispetto ad altre varietà di legno.

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Con il proof-of-concept di formato A4 del nanogeneratore triboelettrico, Panzarasa e colleghi sono riusciti ad alimentare lampade a LED e delle comuni calcolatrici. Manca ancora il passaggio di scala che ne permetta l’impiego a livello industriale. “Immaginate di fare un pavimento con questo tipo di dispositivi, la quantità di energia che potrebbe essere prodotta dalle persone che camminano”, commenta Panzarasa. “Il nostro obiettivo era dimostrare la possibilità di modificare il legno con procedure relativamente rispettose dell’ambiente per renderlo triboelettrico. L’abete rosso è economico e disponibile e ha proprietà meccaniche favorevoli”.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Matter.

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Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

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
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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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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.