Energia e ambiente: due nuovi centri di ricerca a Perugia

Il ministro Clini ha inaugurato la nuova sede del Centro di ricerca nazionale sulle Biomasse e del Centro Interuniversitario di ricerca sull'inquinamento e sull'Ambiente

Il taglio del nastro e la benedizione, impartita dall’Arcivescovo Metropolita monsignore Gualtiero Bassetti, alla presenza del ministro dell’Ambiente Corrado Clini, hanno caratterizzato oggi pomeriggio nell’area della Facoltà di Ingegneria in località S. Lucia a Perugia, l’avvio della cerimonia per l’inaugurazione della nuova sede dei centri di ricerca CRB (Centro di ricerca nazionale sulle Biomasse) e Ciriaf (Centro Interuniversitario di ricerca sull’inquinamento e sull’Ambiente) – Mauro Felli.

I partecipanti hanno svolto una vista guidata dell’edificio e in particolare dei laboratori, che rappresentano il fiore all’occhiello dell’intera opera.

Nella sala delle Conferenze sono intervenuti le Autorità: la Presidente della Regione Umbria, Catiuscia Marini, il Sindaco di Perugia, Wladimiro Boccali e il Magnifico Rettore Francesco Bistoni. “E’ con orgoglio – ha detto il Rettore – che inauguriamo questa nuova struttura per accogliere CRB e CIRIAF, due centri di ricerca che operano ormai da anni nel settore dell’Ambiente: uno da dieci anni, l’altro da quindici. Anni molto impegnativi di successi e soddisfazioni per le centinaia di docenti, ricercatori e studenti che hanno operato in questa realtà, venendo a contatto con istituzioni nazionali, fra le molte il Ministero dell’Ambiente, e locali (Regioni, Province e Comuni) ai quali hanno prestato una fruttuosa collaborazione scientifica. A queste Istituzioni – e in particolare alla Regione dell’Umbria, con la quale sperimentiamo giorno dopo giorno un fruttuoso modello di collaborazione -, oltre che al Professor Cotana per il costante impegno, vanno il miei ringraziamenti.”

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Nella relazione generale il professore Franco Cotana, Direttore CRB e consigliere del Ciriaf, ha ripercorso la storia e le principali tappe dei due centri, descrivendone le attività, i progetti di ricerca e di sviluppo lungo direttrici che ormai varcano quotidianamente i confini nazionali. Il CIRIAF, voluto dal compianto professore Mauro Felli al quale è intestato, ha rapporti con 10 atenei consorziati e oltre 100 docenti afferenti al consiglio scientifico. E’ un centro di ricerca interuniversitario che ha saputo conquistarsi un grande prestigio nazionale ed internazionale, sia per competenza scientifica che per capacità interdisciplinare in vari settori, tra i quali le energie rinnovabili e tutela dell’ambiente dall’inquinamento. Il CRB è il centro di ricerca di riferimento nazionale, voluto dal Ministero dell’Ambiente, per l’alta formazione nel campo delle biomasse e delle relative applicazioni energetiche. “Oggi il Ciriaf e il CRB possiedono una nuova sede con uffici, strutture per l’alta formazione, nuovi laboratori all’avanguardia per la ricerca, le analisi, sviluppo e la sperimentazione. Possiamo guardare al futuro, quindi, – ha concluso il Professore Cotana – con un cauto ottimismo, nonostante l’attuale crisi che riduce ogni giorno di più i finanziamenti alla ricerca scientifica. La forza che possediamo e che ci permette di crescere, è quella che proviene dalle nostre competenze e capacità scientifiche. Grazie a queste oggi riusciamo a concorrere e ottenere finanziamenti in importanti bandi nazionali ed internazionali, oltre che a sviluppare inedite interdisciplinarietà e proficue collaborazioni con le imprese che fanno della ricerca e della sperimentazione una leva della propria crescita”.

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Ernesto Cesaretti, Presidente di Confindustria Perugia, ha sottolineato che “per lo sviluppo industriale della green economy è indispensabile la  collaborazione tra università e imprese. La vicenda produttiva della nostra regione dimostra che l’affermazione dell’industria è stata in larga parte indipendente dalla relazione con l’Ateneo”. Oggi, le cose stanno cambiando.

“In Umbria, come nel resto d’Italia, non è neanche immaginabile per un’impresa pensare di entrare nel mercato senza proporre prodotti ad alta intensità di innovazione, necessariamente frutto dell’apporto scientifico dell’Università. In tale contesto è molto importante poter disporre di centri di eccellenza, quali CRB e CIRIAF, perché potenziali propulsori di innovazione industriale territoriale”.
Le conclusioni della giornata, affidate al Ministro Corrado Clini, hanno lodato un modello operativo virtuoso e capace di fornire l’esempio per una nuova crescita. “La collocazione dei Centri di Ricerca CRB e Ciriaf in Umbria dà la possibilità di sperimentare un percorso inedito di integrazione fra  la Regione Umbria, la ricerca scientifica e il tessuto produttivo. L’Umbria in questo senso può diventare un modello di sviluppo per il futuro, con la capacità che dimostra di mettere in rete molte diverse filiere: i biocarburanti ne sono un esempio eclatante, dove la ricerca scientifica stimola la valorizzazione di competenze e attività tradizionali per il reperimento delle biomasse da utilizzare e conseguentemente induce alla valorizzazione di territori ‘fragili’, rispetto ai quali le Istituzioni di governo hanno l’interesse a sviluppare nuovi modelli di crescita. L’Università – ha concluso il Ministro Clini – ha un ruolo strategico nell’implementazione della green economy, l’unica che, stando ai più recenti rapporti OCSE, potrà assicurare un futuro possibile a tutta l’umanità”.

(Il testo completo può essere letto su Università degli Studi di Perugia)

Il Ministero dell'Ambiente pubblica gli esiti della consultazione pubblica sul Decreto Ministeriale FER X, chiusa lo scorso settembre. Dai 46 soggetti partecipanti emerge l'esigenza di conoscere per tempo tutte le informazioni utili alla programmazione degli investimenti nelle rinnovabili. Chiesti chiarimenti sul processo autorizzativo e sulle tempistiche

Decreto FERX, nuovi spunti di riflessione

Servono maggiori informazioni sui coefficienti sul prezzo d’aggiudicazione, sui criteri di priorità, sulla documentazione per l’accesso al meccanismo e sulle tipologie di interventi ammessi. In particolare quando si tratta di progetti di “rifacimento” e “potenziamento”. Queste alcune delle principali richieste emerse dalla consultazione pubblica sul Decreto FERX. La scorsa estate il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza energetica aveva pubblicato lo schema del provvedimento per una raccolta di pareri da parte degli stakeholder, con l’obiettivo di condividerne le logiche. Oggi il MASE rende noti gli esiti di tale consultazione puntando i riflettori sugli spunti e le richieste emerse da parte dei 46 soggetti partecipanti. 

Gli esiti della consultazione pubblica

Ricordiamo che il Decreto FERX nasce con lo scopo di definire un meccanismo di supporto espressamente dedicato ad impianti a fonti rinnovabili con costi di generazione vicini alla competitività. Come? Tramite contratti CfD a valere sull’energia elettrica prodotta dagli impianti. Con un accesso diretto per quelli di taglia inferiore al MW, e tramite aste al ribasso per quelli di taglia uguale o superiore al MW. Ed è proprio su queste due modalità che arrivano le prime considerazioni.

Per la maggior parte dei soggetti che hanno risposto alla consultazione, il contingente di 5 GW per gli impianti FER ad accesso diretto non sarebbe sufficiente, soprattutto vista la grande attenzione che stanno ricevendo al livello di investimento i sistemi di piccola taglia.

Per quanto riguarda l’accesso tramite asta, invece, il parere generale condivide i contingenti individuati, che secondo l’ultima bozza pubblicata oggi sarebbero: per il fotovoltaico 45 GW; per l’eolico di 16,5 GW; per l’idroelettrico di 630 MW; per i gas residuati 20 MW. “Tuttavia – si legge nel documento del MASE – congiuntamente alla risposta positiva sono state proposte diverse modifiche (aumento di uno specifico contingente, creazione di nuovo contingente, meccanismi di riallocazione della potenza non assegnata, ridefinizione dei contingenti al fine di favorire lo sviluppo dei PPA, etc.)”. Tra gli spunti emersi c’è la proposta di contingenti separati tra il fotovoltaico a terra e sul tetto.

Proposti nuovi requisiti di accesso e tempistiche

In tema requisiti d’accesso, alcuni soggetti chiedono l’incremento della soglia di potenza per l’accesso diretto, l’aggiunta dei criteri ESG, la reintroduzione del requisito specifico che attesti la capacità finanziaria ed economica di chi partecipa al meccanismo del Decreto FERX.

“Con riferimento ai tempi massimi individuati per la realizzazione degli interventi, la consultazione ha evidenziato un forte distaccamento con le aspettative degli operatori. Per quanto detto diversi soggetti propongono per una o più fonti l’innalzamento dei tempi previsti, chiedendo di tenere in considerazione parametri quali, la potenza e/o la tipologia d’intervento, l’ottenimento dei titoli autorizzativi, i tempi di realizzazione della connessione e quelli dovuti agli approvvigionamenti, che sottolineano, potrebbero oltretutto determinare un aumento dei costi, visto anche i meccanismi incentivanti”, si legge ancora nel documento.

Per i tempi di comunicazione della data d’entrata in esercizio dell’impianto, emerge nel complesso l’esigenza di un prolungamento, aggiungendo da più 60 giorni a 12 mesi. Viene anche evidenziata una certa contrarietà all’obbligo per gli operatori di impianti rinnovabili non programmabili che stipula un contratto CfD ad abilitarsi alla fornitura dei servizi di dispacciamento.

Un gruppo di scienziati del KAIST ha sviluppato una batteria a ioni di sodio ad alta energia, ad alta potenza e di lunga durata

Quando le batteria a ioni sodio incontrato i supercondensatori a ioni sodio

Arriva dalla Corea del Sud la prima batteria ibrida al sodio in grado di battere la tecnologia a ioni di litio a mani basse. Con ottime prestazioni lato di capacità di accumulo, potenza, velocità di carica e durata, come dimostra l’articolo pubblicato sulla rivista scientifica Energy Storage Materials (testo in inglese).

Nel 2020 le batterie a ioni sodio (Na+) hanno raggiunto prestazioni comparabili a quelle degli ioni di litio in termini di capacità e durata del ciclo in condizioni di laboratorio. Da allora il segmento ha continuato a macinare grandi progressi, spinto dall’esigenza globale di trovare una tecnologia di accumulo più economica delle ricaricabili al litio e meno dipendente dalle attuali catene di approvvigionamento dei materiali critici. L’ultimo grande risultato nel campo è quello segnato da un gruppo di scienziati del KAIST, il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

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Il team guidato dal professor Jeung Ku Kang del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali ha messo a punto una batteria ibrida agli ioni di sodio dalle prestazioni eccellenti e in grado di ricaricarsi in pochi secondi. Il segreto? Un’architettura che integra materiali anodici propri delle batterie con catodi adatti ai supercondensatori.

Batteria ibrida al sodio, prestazioni record

In realtà non si tratta di un approccio nuovo. Gli stoccaggi ibridi con Na+ sono emersi negli ultimi anni come una promettente applicazione nel campo dell’energy storage in grado di superare i punti deboli degli accumulatori a ioni di sodio più conosciuti.

Tradizionalmente questo metallo è usato e studiato in due tipi di dispositivi di stoccaggio: batterie e condensatori. Le prime, come spiegato poc’anzi, forniscono oggi una densità di energia relativamente elevata ma sono caratterizzate da una lenta cinetica di ossidoriduzione, che si traduce in una bassa densità di potenza e una scarsa ricaricabilità. I secondi invece hanno un’elevata densità di potenza dovuta all’accumulo di carica tramite rapido adsorbimento di ioni superficiali, ma una densità di energia estremamente bassa.

Tuttavia unire le due tecnologie impiegando catodi di tipo condensatore e degli anodi di tipo batteria, non ha dato subito i risultati sperati. La causa è da ricercare soprattutto nello squilibrio cinetico tra i due tipi di elettrodi.

Nuovi materiali per catodo e anodo

Per arginare il problema il team sudcoreano ha utilizzato sviluppato un nuovo materiale anodico con cinetica migliorata attraverso l’inclusione di materiali attivi fini nel carbonio poroso derivato da strutture metallo-organiche. Inoltre, ha sintetizzato un materiale catodico ad alta capacità e la combinazione dei due ha consentito lo sviluppo di un sistema di accumulo di ioni sodio che ottimizza l’equilibrio e riduce al minimo le disparità nei tassi di accumulo di energia tra gli elettrodi.

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La cella completamente assemblata supera per densità di energia le batterie commerciali agli ioni di litio e presenta le caratteristiche della densità di potenza dei supercondensatori. Nel dettaglio la batteria ibrida al sodio si ricarica rapidamente e raggiunge una densità di energia di 247 Wh/kg e una densità di potenza di 34.748 W/kg. Inoltre gli scienziati hanno registrato una stabilità del ciclo con efficienza Coulombica pari a circa il 100% su 5000 cicli di carica-scarica.

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“.