SONITA: l’auto elettrica riciclata e riciclabile

Presentata per la prima volta alla Fiera di Monaco, il prototipo elettrico è nato per cambiare le regole del trasporto e renderlo ecologico dalla fase di progettazione a quella di demolizione

Economica, ecologica, elettrocar. Si chiama SONITA ed è l’auto elettrica riciclata e riciclabile 100% Made in Italy (il nome è la forma sincopata di “Sono italiana”) messa a punto da un team di designer, costruttori e progettisti con un preciso intento: azzerare l’impatto ambientale dell’intero suo ciclo di vita, dalla fase di costruzione a quella di smaltimento. Il prototipo è stato presentato alla Fiera di Monaco “Ecological Vehicles & Renewable Energies” alla vigilia di Pasqua ed è il frutto di una vitale imprenditorialità italiana che ha pensato di mettere a punto una modalità di trasporto ecologica a tutto tondo. In un concentrato di caratteristiche a metà tra le logiche dei fuoristrada e quelle delle auto sportive di lusso, SONITA è infatti una vettura elettrica che concepisce solo questo tipo di trasporto, motivo per cui il team di ricercatori che l’ha messa a punto ha studiato e perfezionato il fattore ecologico di tutto il suo ciclo di vita, oltre a quello economico: un pieno si fa con soli 3 euro.

“Abbiamo deciso di cambiare le regole del gioco – spiegano i costruttori nel video realizzato ad hoc per la Fiera – un motore completamente elettrico, componenti scelti tra i migliori del mercato, materiali riciclati e tutti riciclabili, un processo di produzione che rispetta l’ambiente: un veicolo sostenibile al servizio dell’uomo”.

Tre i dictat seguiti dalla squadra:

Non deve inquinare nella fase costruttiva
L’attuale impiego di materiali riciclabili e facilmente assemblabili e smontabili (rispettivamente nella fase costruttiva e in quella demolitiva) è stata una scelta pensata sin dal momento della progettazione del veicolo, già da ora in attesa degli sviluppi dell’industria dei polimeri plastici ottenuti da cereali ed erbacee coltivati su terreni marginali non food per diventare ancora più green; la logica è quella del risparmio derivante da un miglior uso delle risorse. Una partnership che la casa costruttrice ha stretto con un’azienda del Nord Ovest (la Marcopolo) è servita poi a ridurre la CO2 passiva prodotta per la costruzione del veicolo stesso.

Non deve inquinare durante il periodo di attività
SONITA si alimenta con l’energia elettrica, in parte anche autoprodotta. La vettura, infatti, produce energia fotovoltaica, attraverso pannelli posizionati sulle superfici più esposte alla luce del sole, produce energia durante l’azionamento dei freni e produce anche energia eolica, grazie a particolari ventole che si azionano ogni volta che il guidatore stacca il piede dall’acceleratore (queste ultime oggetto del brevetto depositato SONITA EVP – “Energia dal Vento Positivo”). Per renderne più agevole la fruizione, la casa automobilistica è ora impegnata nella realizzazione di colonnine di ricarica da posizionare nelle aree di servizio.

Non deve inquinare nemmeno alla fine del suo ciclo di vita
I materiali di cui è composta la vettura sono interamente riciclabili. Tutti i componenti, infatti, oltre ad essere di facile smontaggio, possono essere recuperati e impiegati in usi secondari, sia quando devono essere sostituiti sia quando l’autoveicolo deve essere demolito, alleggerendo il bilancio delle discariche e con enormi vantaggi in termini economici.

“Cambiare le regole del gioco” significa anche passare attraverso ostacoli con cui il trasporto sostenibile deve fare i conti. Soltanto una decina di giorni fa, la cosiddetta “bufala” degli eco-incentivi previsti dal Governo Monti ha destato non poca preoccupazione nel comparto.

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“.