La produzione e l’utilizzo sostenibile di energia rappresentano una delle sfide tecnologiche chiave della nostra epoca. Il paradigma energetico deve evolvere verso un nuovo disegno di gestione del consumo, soprattutto in ambiti domestici e urbani, spostandosi verso la produzione diffusa di piccole quantità di energia.
La natura, o meglio, l’evoluzione, è un modello perfetto da imitare.
Quello che vediamo oggi non è altro che il frutto di una selezione progressiva, sotto il profilo energetico e funzionale. La natura fa quello che fa, utilizzando il minimo di energia possibile e impiegandola nel modo più funzionale. Le piante, recuperando la luce proveniente dal sole attraverso la fotosintesi, generano sette volte l’energia prodotta dall’uomo, senza produrre alcuno scarto nocivo per il sistema.
Il nostro stesso corpo è un esempio cui ispirarsi: un essere umano consumando qualche Kilocaloria derivata dagli alimenti, è in grado di sviluppare potenze superiori anche ai 1000 watt (un agonista), con una contestuale capacità di calcolo dell’ordine dei miliardi di miliardi di operazioni al secondo.Un frigorifero ha bisogno di almeno 3 kilowatt per raggiungere la potenza di mille watt.
Un Pc, a cui capacità di calcolo è comunque paragonabile a quella di un moscerino della frutta, necessità di potenze analoghe. E’ ragionevole quindi supporre che in futuro anche le macchine che operano a livelli di potenza simili a quella umana possano funzionare in modo analogo, utilizzando ad esempio celle combustibili alimentate con materiale organico. Si tratta di un miglioramento tecnologico progressivo.
Credits: sciencemag.com
L’orizzonte è sviluppare tecnologie efficaci su piccole scale di energia, sulla soglia dei 1000 watt. Per le potenze superiori bisogna migliorare le tecnologie esistenti (basate principalmente sugli idrocarburi, le fonti rinnovabili o lo sfruttamento dell’energia dell’acqua), oppure evolvere verso la fusione nucleare (che fonde atomi di idrogeno in modo pulito).I primi risultati sono già alla portata nei nostri laboratori: come iprototipi di celle a combustibile che sfruttano l’attività di digestione di materiale organico da parte dei batteri.
Il combustibile, per esempio, è un composto di glucosio e fruttosio o rifiuti organici, e durante l’attività di degradazione da parte di batteri presenti nella cella viene liberata corrente elettrica sufficiente ad accendere un led.
Già nei prossimi anni gli edifici potranno produrre elettricità per uso domestico grazie a pellicole fotovoltaiche che rivestiranno le pareti esterne e interne, sfruttando le fonti di luce naturale ed artificiale, in modo analogo a come fanno le piante.
I vestiti che indosseremo saranno in grado di tramutare il movimento del nostro corpo in energia utile per alimentare smartphone o altri dispositivi elettronici portatili.
Inoltre, piccole turbine sensibili all’aria o ad altri fluidi in movimento, potranno alimentarne i sensori.
L’elettronica oggi è stampabile e flessibile.A breve si potranno usare transistor di plastica con cui potere fare tablet, smartphone e display flessibili, e anche pannelli fotovoltaici pieghevoli, leggeri e trasparenti.
La plastica flessibile può essere infatti resa una fonte di elettricità stampando circuiti con inchiostri nano-ingegnerizzati sensibili alla luce. La produzione di questa tecnologia avviene tramite stampa a rotativa, come i giornali, con processi a basso costo e riproducibili in piccoli laboratori cittadini.Lo stesso vale per i dispositivi “harvester” che trasformano la pressione di un fluido disponibile nell’ambiente (o in un impianto industriale, quale un gasdotto), in energia elettrica disponibile per l’utilizzo direttamente in loco. Anche in questo caso l’Istituto Italiano di Tecnologia ha brevettato una turbina miniaturizzata dal diametro di 14 millimetri in grado di produrre fino a 30 Watt, alimentando così piccoli sensori o elettrodomestici.
Il prototipo di display flessibile di Samsung
Lo studio di nuovi materiali, come per esempio il grafene, ci ha permesso di ottenere batterie più efficienti. Il primo prototipo di batteria al grafene ha prestazioni superiori del 25% rispetto ai dispositivi di accumulo di elettricità attualmente in uso. Questo prototipo si adatta facilmente ad applicazioni in vari ambiti dal settore automobilistico fino all’elettronica di consumo. Inoltre la sua produzione ha costi contenuti, con un vantaggio competitivo rispetto alle batterie oggi in commercio. Le tecnologie per la produzione di energia devono rimanere un focus importante della ricerca scientifica.
Credits: Foundation for Renewable Energy and Environment
L’uomo ha bisogno di usufruire di energia quotidianamente. Il nostro pianeta risponde alle necessità energetiche di metà della popolazione terrestre, sebbene solo il 20% usufruisca della maggioranza delle fonti di energia e di acqua a disposizione: uno scenario che mostra un bilancio planetario sfavorevole per numerose aree del mondo e non sostenibile sul lungo termine. Si aggiunga anche che, secondo le stime, entro il 2050 la popolazione mondiale crescerà di oltre due miliardi di persone. E’ impossibile restare indifferenti.
ROBERTO CINGOLANI
