Energia e strade, nano… rivoluzioni

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Pannelli solari che diventano piccoli come antenne, manti stradali coperti completamente da pannelli fotovoltaici. Queste le ultime due invenzioni dal settore delle energie rinnovabili

Le ricerche sulle nuove tecnologie legate alle energie rinnovabili continua e l’ultima arriva dal centro di ricerca più famoso degli Stati Uniti, il Mit (Massachusetts Institute of Technology) di Boston.

Gli ingegneri del centro di ricerca hanno creato degli «imbuti solari», come sono stati definiti ironicamente da loro che potrebbero rendere le cellule fotovoltaiche più efficienti attraverso una maggiore concentrazione dell’energia solare e anche meno ingombranti rispetto alle attuali celle fotovoltaiche.

Tecnicamente questi imbuti sono nanotubi in carbonio (tubi cavi di atomi di carbonio) che per la loro piccola dimensione riescono a concentrare l’energia solare 100 volte di più di una normale cella fotovoltaica grazie proprio all’utilizzo di questi nanotubi. Tali nanotubi potrebbero essere utilizzati per formare delle «antenne» che possano catturare e concentrare una più elevata quantità di energia solare.

Il leader del gruppo di ricerca, Michael Strano, spiega che «invece di avere il vostro tetto interamente coperto da celle fotovoltaiche, si potrebbero avere delle piccole celle solari formate da antenne che guiderebbero i fotoni al loro interno». Queste «antenne» potrebbero essere utilizzate in qualsiasi altra applicazione che richieda l’accumulo di luce solare, come per esempio gli occhiali per la visione notturna o i telescopi.

La caratteristica di questi «imbuti solari» è che riescono ad assorbire e utilizzare una maggiore quantità di energia luminosa sotto forma di fotoni e a trasformarla in energia elettrica da conservare nelle celle solari.

Esse sono costituite da una corda fibrosa di circa 10 micrometri di lunghezza e 4 micrometri di spessore, contenente circa 30 milioni di nanotubi di carbonio.

Prima di realizzare e diffondere questo nuovo pannello solare però, sarà necessario ridurre al minimo la perdita di energia elettrica che avviene durante il trasporto all’interno delle fibre e che a oggi si aggira intorno al 13%. Una volta risolto questo inconveniente, non resterà che aspettarsi di poter investire in piccoli pannelli solari da istallare ovunque, senza la necessità di avere a disposizione grandi spazi, come avviene oggi.

Il team del Mit è il primo ad esser riuscito a realizzare una fibra caratterizzata da due strati di nanotubi con diverse proprietà elettriche. Infatti la novità apportata da questa ricerca consiste nell’aver impiegato due strati di nanotubi con diverse proprietà elettriche e in particolare con una differente banda fotonica proibita (infatti lo strato interno dell’antenna contiene nanotubi con un piccolo gap di banda energetica, mentre nello strato esterno ci sono nanotubi che hanno un gap di banda più elevato). «Quando l’energia colpisce il materiale – spiega Strano – tutti gli eccitoni, ossia l’interazione tra un elettrone e la sua lacuna, creano un flusso energetico dall’esterno all’interno in cui si ha uno stato energetico più basso, concentrandosi così al centro della fibra».

Strano e il suo team non hanno ancora sviluppato un dispositivo fotovoltaico utilizzando l’antenna, ma sono convinti degli ottimi risultati che si avrebbero nella tecnologia solare soprattutto se nell’antenna si concentrassero tutti i fotoni prima che la cella fotovoltaica li converta in corrente elettrica. Ciò potrebbe avvenire attraverso la costruzione delle antenne intorno a un nucleo di materiale semiconduttore.

«Questo mostra in che misura il campo delle nanotecnologia è veramente cresciuto negli ultimi dieci anni» ha affermato Michael Arnold, professore di Scienze dei materiali e Ingegneria presso l’Università del Wisconsin a Madison. E continua dicendo che «le celle solari che integrano i nanotubi di carbonio potrebbero diventare una buona alternativa a basso costo al silicio delle tradizionali celle solari».

Strano spiega che «mentre il costo dei nanotubi di carbonio una volta era proibitivo, in questi ultimi anni è calato per potenziare le loro capacità produttive nelle industrie chimiche. In un prossimo futuro, i nanotubi di carbonio saranno probabilmente venduti per pochi centesimi a libbra, come ora sono venduti i polimeri. Con questo costo, l’aggiunta di una cella solare potrebbe essere trascurabile rispetto al costo di fabbricazione e delle materie prime della cellula stessa, così come oggi i rivestimenti e i componenti polimerici sono piccole parti del costo di una cella fotovoltaica».

Il manto stradale fotovoltaico e «intelligente»

Nei giorni scorsi un’altra invenzione ha incuriosito tantissimo anche perché lo start-up «Solar Roadway» ha vinto un premio di 100mila dollari offerto dall’US Department of Transportation (Dot) per il grande interesse suscitato dal progetto presentato.

Si tratta della creazione di prototipi di pannelli solari adatti ad essere installati sul manto stradale in grado di catturare la luce e produrre energia elettrica utile al fabbisogno di tutti. Il prototipo su cui Scott Brusaw, fondatore della Solar Roadway e il suo team stanno lavorando è di 70 Km tra Coeur D’Alene e Sandpoint nell’Idaho.

Con questa invenzione Brusaw immagina un futuro in cui tutte le strade, dalle più piccole alle più grandi possano esser completamente coperte di pannelli solari al posto dell’asfalto, così da ottenere una grande quantità di energia elettrica pulita e rendere nello stesso tempo le strade più sicure.

Questi pannelli solari stradali contengono infatti dei Led che potrebbero in futuro creare una segnaletica orizzontale «intelligente» e dare informazioni utili ai conducenti al momento giusto, e la presenza nei pannelli di elementi riscaldanti potrebbero evitare le creazione degli strati di ghiaccio sulla carreggiata.

Ogni pannello è formato da tre strati: la base, costituita dalla rete elettrica sovrapposta da un secondo strato con celle solari, led e condensatori, che sono in grado di immagazzinare una enorme quantità di energia elettrica. Questo strato contiene anche dei piccolissimi processori che renderebbero il manto stradale «intelligente», in grado di comunicare ai guidatori informazioni importanti per la sicurezza stradale (per esempio un blocco stradale o un pericolo). Lo strato superiore è realizzato in un vetro particolare tale da fornire la più idonea trazione per gestire al meglio il flusso dei mezzi stradali.

Questi pannelli sono però molto costosi. Un pannello 4×4 metri (larghezza standard delle corsie stradali in America) costa circa 7mila dollari, ma l’investimento iniziale varrebbe comunque la pena per l’enorme quantità di energia elettrica che verrebbe prodotta. E pensando sia ai vantaggi per quanto riguarda la sicurezza stradale che ne conseguirebbe dalla creazione dei pannelli intelligenti, sia al graduale cambiamento di utilizzo delle risorse energetiche che ne scaturirebbe, l’elevato costo non sta spaventando l’Ufficio per le politiche scientifiche e tecnologiche statunitensi che si sta interessando seriamente a questo progetto.

Queste dunque le due ultime invenzioni per ora ancora non commercializzabili e apparentemente troppo audaci per un uso reale, ma entrambe con una elevata potenzialità nell’essere migliorate e rese realizzabili.

La speranza è che diventino utilizzabili presto, così da poter piano piano iniziare a pensare alle energie rinnovabili come una reale e consistente fonte di energia tale da far cambiare idea ai «grandi» dell’energia che tanto sponsorizzano la ricerca sul nucleare e auspicano la costruzione delle spaventose centrali nucleari.