Ultimo aggiornamento: 23/04/2025 • 23:34
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Tag: energia

Rivoluzione della luce: i LED, una soluzione green

Posted on by Redazione Scienza&Salute

In questo momento dove il risparmio energetico sembra essere la seconda colonna portante all’interno della  discussione sulle emissioni di anidride carbonica (dopo la conversione delle fonti non rinnovabili in rinnovabili), il problema del risparmio nell’illuminazione trova soluzione nella innovativa tecnologia denominata LED (Light-Emitting Diode, diodo che emette luce). Questa tecnologia, sviluppata già nel 1962 da Nick Holonyak Jr., si è evoluta nei decenni migliorando le proprietà uniche di questi sistemi elettronici. Questi sistemi sono caratterizzati da bassi consumi e l’evoluzione ha portato ad espandere la gamma di colori e intensità della luce riprodotti da questi diodi.

Insegna a LED. Fonte

Indice dei contenuti

L’evoluzione di questa tecnologia

Fino ad ora 3 generazioni sono passate in commercio. La 1° generazione, commercializzata a partire da fine anni ’60 fino agli ’80, era utilizzata prettamente per display indicatori di stato dei macchinari. Li possiamo ritrovare ancora sparsi in giro: vi sarà capitato almeno una volta di leggere un orologio digitale dallo sfondo nero e dai numeri di colore rosso. I numeri erano composti da bastoncelli che si illuminavano e spegnevano per comporre il numero. Quei bastoncelli sono i singoli LED appartenenti alla prima generazione. Ancora non si era arrivati a ottenere dispositivi che emettessero luci bianche, né tanto meno dal colore blu, una radiazione luminosa ad energia più elevata di una radiazione rossa (per gli amanti dei valori precisi parliamo di 400-484 THz per il rosso e 606-668 THz per il blu). Il primo LED ad alta intensità fu sviluppato dall’azienda statunitense Fairchild Semicondutor negli anni ’80.

La seconda generazione di LED superò tutti i limiti menzionati e divenne di largo utilizzo: display lampeggianti a led, schermi per cellulari, fari per automobili e illuminazione domestica e infrastrutturale. La tecnologia utilizzata negli ultimi schermi dei televisori e di alcuni smartphone adesso in circolazione si basa sulla tecnologia QLED (Quantum Dots Light-Emitting Diode), una tecnologia più sofisticata dei LED, quindi di 3° generazione. Queste tecnologie ad alta intensità di luce adesso trovano applicazione anche nel campo medico e della depurazione delle acque, grazie all’azione battericida di particolari intense radiazioni.

A sinistra LED di seconda generazione (Fonte). A destra LED di prima generazione (Fonte).

La chimica di un diodo

Come spiega l’acronimo di LED, stiamo parlando di un diodo che emette luce, ma di cosa è fatto un diodo e come produce luce? Un diodo è un semiconduttore, un filamento fatto di un materiale che permette il passaggio di elettroni solo sotto certe condizioni. La particolarità di questo dispositivo è quella di permettere il trasporto di elettroni quando posto in un circuito elettrico solo in un verso, mentre se il verso risulta invertito allora non c’è corrente elettrica. Per spiegare questo basta accennare al materiale di cui è fatto il diodo, o meglio, il suo reticolo cristallino (l’insieme di atomi che si dispongono su tutto il materiale).

Tra gli elementi della tavola periodica troviamo il silicio e il germanio come semiconduttori tra i più abbondanti sulla crosta terrestre dove il silicio è decisamente più abbondante del germanio e quindi preferito per la produzione in larga scala (28,2% è il silicio che ricopre la crosta terrestre, mentre 0,15% è la percentuale di germanio).

Questo è un singolo atomo di silicio in una barra di silicio pura. Frame tratto dal video di VirtualBrain [IT]

Cos’è un semiconduttore?

Immaginiamo le due estremità di una barra di silicio collegate a una batteria, dove non esiste alcun passaggio di corrente: questo fenomeno è dato dalla stabilità degli atomi di silicio. Quindi il trasporto da un capo all’altro di elettroni può avvenire solamente quando nel reticolo vi è mancanza o eccesso di elettroni, appunto. Ecco un’immagine esplicativa di un reticolo dove alcuni atomi di silicio sono stati sostituiti da atomi di altri elementi. Nella prima immagine abbiamo “impurezze” dovute all’arsenico (atomi viola) e nella seconda immagine, invece, vi è presenza di atomi di alluminio (atomi verdi). Il trattamento che porta alla sostituzione di alcuni atomi di silicio è chiamato doping (drogaggio).

Reticolo di atomi di silicio di un pezzo di silicio puro. Frame tratto dal video di VirtualBrain [IT]
Nel caso del drogaggio con atomi di arsenico avremo elettroni in eccesso (viene chiamato N-doping), mentre nel caso dell’alluminio ne avremo in difetto (P-doping). Entrambi i tipi di drogaggio permettono il passaggio di corrente, ma cosa succede se i due materiali fossero in contatto all’interno di un circuito?

I due casi di drogaggio del silicio. A sinistra gli atomi viola sono di arsenico, mentre a destra gli atomi verdi sono di alluminio. Frame tratto dal video di VirtualBrain [IT]

Come si genera la luce nei LED

Quando il semiconduttore di tipo P con atomi di arsenico è collegato col polo positivo del generatore di corrente e quello di tipo N con atomi di alluminio è collegato al polo negativo, vi è non solo passaggio di corrente, ma vi è generazione di energia sotto forma di luce. Questo perché il generatore di corrente “costringe” gli elettroni della zona N a “saltare” nella zona P e questo genera energia luminosa ad una determinata lunghezza d’onda. Quindi, cambiando l’arsenico o l’alluminio con altri atomi opportuni otterremo altre combinazioni di semiconduttori N-P e di conseguenza altre colorazioni.

Ma se da quanto spiegato sembra che qualsiasi luce possa emettere luce, la faccenda non è esattamente questa. Infatti uno dei due semiconduttori a contatto, deve essere ridotto a una lamina, in particolare il semiconduttore N-drogato affinché dia luce.

Quando due semiconduttori sono incidenti uno sull’altro, avviene il “salto” dell’elettrone. Durante il salto viene rilasciata energia luminosa. Frame tratto dal video di VirtualBrain [IT]

Conclusioni

Sebbene siano passate 3 generazioni di questi dispositivi rivoluzionari, molti aspetti della produzione debbono ancora essere perfezionati, il rapporto affidabilità e costi di produzione non sono convenienti quanto le tecnologie convenzionali (i fari a led delle auto ancora non sono regolamentati dalla legge italiana). Inoltre i guasti dei led sono ancora presenti per via delle imperfezioni dei processi di stampa del materiale a base di silicio e del suo drogaggio. Inoltre, sono ancora materiali che tendono a usurarsi di più rispetto a quelli convenzionali. C’è da dire che l’evoluzione tecnica nell’assemblaggio di questi prodotti migliora di anno in anno, nonostante questi difetti.

Salvatore Donato

Bibliografia

Light emitting diodes reliability review – ScienceDirect

LED il suo Funzionamento – Cos’è un LED? (Light Emitting Diode)

 

 

Manovra finanziaria 2023 del governo Meloni: stanziati 35 miliardi

Posted on by Redazione Attualità

Dopo poco più di un mese dall’insediamento del nuovo governo guidato da Giorgia Meloni iniziano i primi bilanci sul futuro del nostro paese. Lo scorso 21 novembre il Consiglio dei ministri si è riunito a Palazzo Chigi per approvare, su proposta del Ministro dell’economia e delle finanze, Giancarlo Giorgetti, il disegno di legge recante il bilancio di previsione dello Stato per l’anno finanziario 2023 e il bilancio pluriennale per il triennio 2023–2025.

Il testo del decreto ancora non è presente per intero, però possiamo cogliere alcune delle tematiche  trattate tramite le parole pronunciate in conferenza stampa dalla premier Meloni, che ritiene questa manovra economica «importante e coraggiosa» affinché l’Italia possa «tornare a correre». Il documento deve essere ancora approvato da ambo le camere prima della fine dell’anno; da quel momento capiremo in che direzione i nostri rappresentanti vorranno condurre il paese.

Dalla teoria alla pratica: STOP al reddito di cittadinanza dal 2024

Fonte: Money.it

«Lo Stato si deve occupare delle persone aiutandole a trovare un lavoro, non mantenendole all’infinito nella loro condizione».

Queste le parole della Meloni su una delle più centrali tematiche nei programmi di riforma dei partiti di centro-destra, ovvero il Reddito di cittadinanza. Tale misura, voluta dal Movimento 5 Stelle durante il primo governo Conte, per una politica attiva nel lavoro per il contrasto della povertà e disuguaglianza, tra poco più di un anno sarà totalmente abolita.

Infatti, dal primo gennaio 2024 chi potrà lavorare, i cosiddetti “occupabili”, perderà completamente questo beneficio. Mentre per chi non potrà lavorare come disabili, anziani e donne in gravidanza, verrà rivisto. Ci sarà per loro un sussidio economico ma con diverse modalità.

«Noi abbiamo sempre detto che il Reddito di cittadinanza era una misura sbagliata, perché uno Stato giusto non mette sullo stesso piano dell’assistenza chi può lavorare e chi non può farlo».

Il Reddito sarà abolito per chi è in condizioni di lavorare alla fine del 2023. Quindi, la paura per molti è che venga tolto senza offrire un’alternativa. Ma sembrerebbe che ancora nell’imminente nuovo anno, chi non potrà lavorare, in quanto soggetto fragile, continuerà a riceverlo come in questi ultimi anni. Per tutti coloro definiti “abili al lavoro tra i 18 e i 59 anni”, che non hanno nel nucleo familiare disabili, minori o persone a carico con almeno 60 anni d’età, entreranno in vigore alcune modifiche. Infatti, il Reddito non potrà essere percepito per più di otto mesi e salterà al primo rifiuto di un’offerta di lavoro. Inoltre, per agevolare fino al 2024 l’ingresso nel mondo del lavoro, sono stati previsti corsi di formazione e altre iniziative.

Allarme caro energia: stanziati 21 miliardi 

La crisi energetica incombe sullo scenario nazionale e internazionale e la guerra in Ucraina è una delle cause. Ad esempio, nel nostro paese circa il 46% del gas utilizzato arriva dalla Russia, per poi produrre circa il 60% dell’energia. È chiaro che questa dipendenza ha portato a delle forti conseguenze, come il caro dei costi sulle bollette.

La premier Meloni in conferenza, Fonte: Leggo.it

«Come avevamo promesso la voce maggiore di spesa di questa manovra di bilancio riguarda il tema del caro bollette. Su una manovra complessiva di 35 miliardi, i provvedimenti destinanti al caro energia sono circa 21 miliardi di euro».

Sul versante delle imprese è stata confermata l’eliminazione degli oneri impropri delle bollette. Si prevede un rifinanziamento fino al 30 marzo 2023 del Credito d’imposta per l’acquisto di energia elettrica e gas naturale. «Noi confermiamo e aumentiamo i crediti d’imposta- dichiara la Meloni- che passano dal 40% al 45% per le aziende energivore e gasivore», mentre per bar, ristoranti ed esercizi commerciali  «passeranno dal 30% al 35%». Per il comparto sanità e per gli enti locali, compreso il trasporto pubblico locale, vengono stanziati circa 3,1 miliardi.
Sempre su questo tema a sostegno delle famiglie, lo Stato vuole intervenire con un “bonus sociale bollette”. La platea si allarga e la misura si concretizza sui nuclei più bisognosi, così viene innalzata la soglia ISEE da 12.000 euro a 15.000 euro.

La legge di bilancio e le decisioni d’impatto fiscale 

Questo disegno di legge per il 2023 riporta tre misure che riguardano prettamente le tasse:

  1. Espansione del tetto per il regime forfettario delle partite IVA 
  2. Taglio al cuneo fiscale
  3. Tregua fiscale, condono che prevede la cancellazione di cartelle esattoriali inviate prima del 2015.

Nella manovra si parla di Flat tax come l’equivalente di “tasse piatte”. La più dibattuta è quella che riguarda l’aumento della soglia di ricavi o compensi per i beneficiari del regime agevolato della partita IVA. Quel regime che attualmente permette di versare le tasse con una quota fissa o piatta del 15%. Ad oggi, la soglia sta a 65 mila euro annui, ma con la legge di Bilancio verrebbe alzata a 85 mila euro, per giungere a 100 mila euro nel 2025. Sarà così?

Per quanto riguarda la tregua fiscale, le cartelle esattoriali (atti con i quali la pubblica amministrazione intima ai contribuenti di pagare cifre non ancora pagate) saranno cancellate a due condizioni:

  • In primo luogo, queste devono risalire ad un periodo antecedente al 2015
  • In secondo luogo, devono essere di un importo di massimo mille euro 

Per la riduzione del cuneo fiscale, ovvero delle tasse che il singolo lavoratore paga allo Stato ogni mese in detrazione dal proprio stipendio, la manovra stanzia 4,2 miliardi per aumentare le buste paga dei dipendenti con redditi medio-bassi.

Aiuti mirati con Quota “103” per le pensioni, famiglie e natalità  

In materia di pensioni il decreto prevede l’avvio di un nuovo schema di anticipo pensionistico, che possa consentire di andare in pensione con 41 anni di contributi e 62 anni di età anagrafica e non gli attuali 67. Da “Quota 100” si lasserebbe a “Quota 103”, un punto caro al vicepremier e ministro delle infrastrutture, Matteo Salvini, il quale ha aggiunto che “chi rimarrà a lavoro beneficerà del 10% in più di stipendio”.

Il ministro dell’Economia Giorgetti insieme alla premier, Fonte: QuiFinanza

Il ministro dell’Economia Giorgetti ha dichiarato anche che «la più grande riforma delle pensioni è quella che premia la natalità». Infatti, per le famiglie sono previste maggiorazioni sull’assegno unico per i figli, l’aggiunta di un mese di congedo parentale facoltativo retribuito all’80% e utilizzabile fino al sesto anno di vita del bambino.

Queste certo sono solo alcune delle tematiche affrontate in conferenza stampa. «In tanti si aspettavano- dichiara il ministro Giorgetti- che facessimo un po’ di follie, mega-scostamenti di bilancio, così non è stato. Anzi abbiamo avuto coraggio anche su scelte impopolari». In un paese come l’Italia in cui l’economia è stagnante, i tassi di disoccupazione sono esorbitanti, queste scelte saranno quelle giuste? Verranno portate a termine?

Marta Ferrato

Energie rinnovabili: svolta nell’immagazzinamento dell’energia solare

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Energia solare, l’energia rinnovabile green del presente e futuro. Nonostante ciò, viene utilizzata con un dispendio non indifferente di materie prime rare. Oggi, con la nuova tecnologia MOST (Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems), introdotta grazie ad uno studio sino-svedese, è possibile immagazzinare l’energia fino a 18 anni con il successivo utilizzo anche a distanza, divenendo così il vero fulcro energetico del futuro.

Indice dei contenuti

Cos’è l’energia solare?

Utilizzo e limiti

Tecnologia MOST

Utilizzi futuri

 

Cos’è l’energia solare?

L’energia solare è l’energia associata alle radiazioni solari (energia radiante generata dal sole attraverso reazioni termonucleari di fusione ed emessa successivamente nello spazio trasportando con sé energia solare), rappresentando la forma primaria di energia sulla terra.

Fonte: www.bluabitare.com

Utilizzo e limiti

In natura viene utilizzata direttamente dagli organismi in grado di utilizzare la fotosintesi clorofilliana (autotrofi o vegetali) e indirettamente attraverso essi, grazie all’energia chimica proveniente dalla loro digestione e utilizzo, anche dagli altri organismi (animali, uomo, ecc).

Fonte: www.scuolamania.it

Dal punto di vista energetico, rappresenta la principale fonte di energia rinnovabile insieme all’energia nucleare. Può essere utilizzata per generare calore (solare termico) o elettricità (fotovoltaico), attraverso sistemi differenti di utilizzo e immagazzinamento.

  • Il solare termico utilizza dei sistemi a circolazione naturale o forzata. Il liquido posto all’interno dei pannelli una volta riscaldato, viene successivamente messo in circolo.
  • Il fotovoltaico utilizza delle celle fotovoltaiche attraverso le quali converte la luce in energia elettrica, con un’efficienza massima del 19-20%. L’energia viene prodotta solamente durante le ore diurne ed ha bisogno, per l’utilizzo dell’energia derivante, di essere messo in rete o dell’utilizzo di accumulatori ingombranti e costosi.
Fonte: www.auraimpianti.com

Queste tecnologie hanno dei limiti che ne impediscono un utilizzo consumer:

  • l’irraggiamento solare medio (corrispondente a 3kWh al nord e 5kWh al sud) e la continuità di utilizzo;
  • l’utilizzo di materie prime provenienti dalle terre rare;
  • efficienza energetica bassa.

Tecnologia MOST

Una ricerca sino-svedese nata nel 2007 e che ha coinvolto gli atenei Shanghai Jiao Tong University e Chalmers University of Technology di Göteborg, ha dimostrato che grazie al MOST e ad un termoregolatore, è possibile catturare e immagazzinare energia, senza l’uso di una batteria. La Molecular Solar Thermal Energy Storage Systems (MOST) si basa sull’utilizzo di una molecola composta da carbonio, idrogeno e azoto (appositamente progettata) che, quando colpita dall’energia solare, si trasforma in un isomero ricco di energia (molecola con gli stessi atomi ma disposti in maniera differente). Questi, trasferiti in una soluzione di toluene, possono conservare tale energia fino a 18 anni. Successivamente, un generatore termoelettrico (spessore di 300 nm), trasforma il calore derivante dal ritorno alla forma originale degli isomeri in energia elettrica pronta ad essere utilizzata.

Fonte: DDay
Fonte: https://www.dday.it/

Utilizzi futuri

Al momento si tratta di una tecnologia acerba, ma sicuramente con un ventaglio di applicazioni notevole. Uno dei ricercatori ha commentato:

“Il generatore è un chip ultrasottile che potrebbe essere integrato nell’elettronica come cuffie, orologi intelligenti e telefoni. Finora abbiamo generato solo piccole quantità di elettricità, ma i nuovi risultati mostrano che il concetto funziona davvero. Sembra molto promettente. Stiamo lavorando per ottimizzare il sistema. La quantità di elettricità o di calore che può estrarre deve essere aumentata. Anche se il sistema energetico è basato su materiali di base semplici, deve essere adattato per essere sufficientemente conveniente da produrre, e quindi da introdurre in modo più ampio.”

Livio Milazzo

Bibliografia

DDay

Wikipedia

Chip-scale solar thermal electrical power generation – ScienceDirect

 

Progetto Cosinus: a caccia di Materia Oscura

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Materia Oscura: l’Universo ne è colmo, ma la sua natura resta ancora profondamente misteriosa. Tema molto discusso nella fisica astro-particellare contemporanea, la ricerca sulla Materia Oscura non è ancora stata in grado, ad oggi, di concludere nulla sull’argomento.

Ed ecco quindi che nasce il nuovo esperimento italiano, Cosinus, posizionato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, che ci propone un vero e proprio viaggio alla scoperta del lato misterioso del nostro Universo.

Ma che cos’è la Materia Oscura?

Per definizione, la Materia Oscura è un ipotetico tipo di materia che, diversamente dalla quella conosciuta, non emette radiazione elettromagnetica (da qui il termine “oscura”). Essa, pertanto, è rilevabile soltanto in maniera indiretto attraverso i suoi effetti gravitazionali.

La sua esistenza è stata teorizzata per spiegare, nel modello standard della cosmologia, la formazione delle galassie e l’addensamento di ammassi di galassie nel tempo calcolato dall’evento del Big Bang. Inoltre, la presenza di Materia Oscura nell’Universo chiarirebbe come, sotto l’azione della forza di gravità, le galassie possano rimanere integre, nonostante la materia visibile non sia in grado di sviluppare sufficiente attrazione gravitazionale.

Ammasso di galassie – fonte: Inaf 

Ad oggi non vi sono altro che potenziali prove che certifichino l’effettiva esistenza della Materia Oscura. Ricordiamo, ad esempio, uno studio del 2008 condotto da un gruppo di astrofisici coordinati dall’Istituto di Astrofisica di Parigi, in cui sono state scattate ed esaminate alcune foto di galassie nelle quali si è visto come la luce subisse deviazioni in punti in cui non era visibile alcuna massa.

In passato è già stato ideato un progetto, denominato ‘Dama-Libra’ ed anch’esso posizionato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, volto a rilevare ciclicamente flussi di particelle di materia oscura. A causa del moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole, e del Sole nella Via Lattea, è stato previsto un flusso massimo di particelle che investono il nostro pianeta attorno al 2 Giugno, ed un minimo intorno al 2 Dicembre. Questo esperimento ha già, in effetti, riportato alcuni dati che segnalano la presenza di materia oscura. La natura dei segnali registrati da Dama-Libra, tuttavia, è ancora misteriosa: ecco quindi che nasce il progetto Cosinus.

Il progetto Cosinus

Germania, Italia, Austria e Cina si uniscono per trovare risposte sul lato oscuro dell’Universo: nasce così il progetto Cosinus, realizzato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Lngs-Infn). Il luogo scelto non è affatto casuale: la protezione naturale dalle radiazioni, offerta dai 1.400 metri di roccia del massiccio appenninico, è perfetta per lo studio dell’universo. Esperimento recentissimo, la sua effettiva costruzione avverrà nel corso del 2021, mentre si prospetta l’inizio dell’attività scientifica nel 2022, ed i primi risultati nel 2023.

 

Laboratori Nazionali del Gran Sasso – fonte: INFS

 

L’idea nasce dai fisici Karoline Schaeffner, del Max Planck Institute di Monaco, e Florian Reindl, dell’Università tecnica di Vienna per studiare l’interazione di una particella di materia oscura con un cristallo scintillante di ioduro di sodio (NaI). L’obiettivo è quello di rendere la temperatura del cristallo scelto prossima allo zero assoluto (-273 °C) per poter osservare il comportamento assunto dall’apparato sperimentale quando investito dalle particelle. L’energia rilasciata da una particella all’interno del cristallo ne determina un lievissimo aumento di temperatura. Combinando i dati ottenuti di luce e calore, si è in grado di distinguere particelle di materia ordinaria da quelle di Materia Oscura. Come infatti spiega Andrei Puiu, ricercatore al GSSI :“La quantità di luce di scintillazione prodotta dal passaggio di particelle all’interno del cristallo differisce a seconda dalla natura della particella stessa”.

L’apparato sperimentale è un calorimetro scintillante criogenico, e consiste di un cilindro di sette metri d’altezza e sette di diametro, riempito di acqua ultra-pura e contenente al centro un criostato che mantiene la temperatura del cristallo di NaI a circa -273 °C. La scelta del cristallo non è fortuita: anche l’apparato Dama si serve dello stesso materiale di rivelazione, e pertanto sarà possibile effettuare un confronto con tale esperimento.

Cristallo scintillante di ioduro di sodio – fonte: INFS

Il principio di funzionamento di questi rivelatori si basa sulla proprietà di alcuni materiali, detti scintillanti, in grado di produrre lampi di luce quando attraversati da radiazioni. E’ possibile quindi ottenere un rivelatore di particelle che fornisce informazioni sul passaggio di una radiazione al suo interno mediante la produzione di luce visibile e la successiva conversione di essa in segnale elettrico.

Sull’interessante progetto si esprime Natalia Di Marco, ricercatrice presso il GSSI e responsabile italiana del progetto, affermando come COSINUS stia “offrendo un’incredibile opportunità di ricerca interdisciplinare. Utilizzare i cristalli di ioduro di sodio a temperatura criogenica è infatti una sfida tecnologica che richiede competenze trasversali a quelle di noi fisici astro-particellari”.

Riuscirà Cosinus a fornire una conferma sperimentale sulla natura misteriosa della Materia Oscura? Una sfida tutt’altro che banale quella lanciata dall’ambizioso progetto, che tuttavia potrebbe, in futuro, contribuire ad aggiungere un ulteriore tassello per la comprensione del misterioso Universo che ci circonda.

Giulia Accetta

Il fotovoltaico dell’ISS: cosa cambierà?

Posted on by Redazione Scienza&Salute
  1. Quando nasce l’ISS?
  2. La rivoluzione del fotovoltaico… nello spazio
  3. I pannelli dell’ISS tra passato e presente
  4. Più energia!
  5. Tante idee attorno al fotovoltaico

Dalla sua costruzione ad oggi l’International Space Station (ISS) ha rappresentato il punto di riferimento per molte missioni spaziali.

I comandanti Bill Shepherd e Soyuz Yuri Gidzenko e l’ingegnere di volo Sergei Krikalev sono stati i protagonisti della prima missione verso l’ISS. Da allora 293 sono stati gli astronauti che finora vi hanno fatto ingresso, ognuno dei quali ha svolto numerosi esperimenti, ognuno dei quali ha portato un pezzo di spazio qui sulla Terra, segnando la storia della stazione. Tra questi, Samantha Cristoforetti e Luca Parmitano.

Quando nasce l’ISS?

La storia dell’ISS e la sua stessa esistenza, oltre ad essere il riflesso di un grande traguardo scientifico, sono il simbolo di un momento storico in cui ogni tentativo di avvicinarsi sempre più allo spazio sembrava fallire.

Si tratta di progetti nati in seno alla guerra fredda e ogni idea in quegli anni era strettamente correlata alla politica.

Agli inizi degli anni Ottanta, la Nasa aveva già immaginato la costruzione della stazione spaziale chiamata Freedom, come  risposta alle stazioni russe Saljiut e Mir. Ma il progetto fallì e il bisogno di trovare un punto d’unione tra i Paesi coinvolti nell’esplorazione spaziale divenne sempre più forte.

Prende così vita l’idea di una stazione spaziale costruita coinvolgendo più parti.
Il governo statunitense strinse accordi con la Russia, con l’Europa, con il Giappone. Sulla base dei progetti delle stazioni Freedom e Mir2 e dei laboratori Columbus e Kibo,  nasce l’International Space Station.

Nel 1998 si lancia il primo modulo, Zarja, ma sono state necessarie 41 missioni per giungere al completamento della stazione. Missioni che si sono concluse nel 2011 con l’arrivo alla stazione del Multi-Purpose Logistics Module “Raffaello”, adibito a “deposito”.

 

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Breve riassunto della struttura dell’ISS.

La rivoluzione del fotovoltaico… nello spazio

Negli anni duemila uno di questi viaggi verso l’ISS ha portato all’installazione del primo set di pannelli solari della stazione. Ulteriori aggiunte sono state poi fatte nel 2006 e nel 2009, anno in cui si installa l’ultimo segmento della struttura energetica, per un totale di 16.400 celle fotovoltaiche.

Un tassello importante per tutto l’ambiente scientifico. Generare energia tramite fotovoltaico è stata una delle rivoluzioni del Novecento;  tra il 1954 e il 1980 si realizzano grandi imprese. Fra queste, il lancio del veicolo spaziale Vanguard I, il primo ad essere alimentato da celle fotovoltaiche, e del razzo Explorer 6, costituito da quattro pannelli solari.

Negli anni novanta il fotovoltaico diventa il simbolo di una nuova “era” di libertà energetica.

Spazio e produzione di energia solare sono strettamente legate.

I pannelli dell’ISS tra passato e presente

L’ISS è alimentato tramite pannelli solari fotovoltaici (SAW, Solar Array Wings), i quali assorbono le radiazioni del Sole convertendole in energia. Quei pannelli che immediatamente ci ricordano la famosa immagine della stazione.

I pannelli sono montati lungo l’Integrated Truss Structure e sono fatti ruotare da una struttura ad anelli (Beta Gimbal Assembly) che con il Solar Alpha Rotary Joint  fa sì che essi seguano la direzione del Sole.

Viene così garantita la massima energia.
I pannelli sono la principale fonte della stazione, sono il suo “sostentamento”.

Hanno funzionato e continuano a funzionare. Ma c’è pur sempre un limite alla loro resilienza. Così potenti e così preziosi da richiedere un continuo controllo, che ultimamente ha evidenziato segni di degradazione. Quindi, a inizio 2021 la NASA ha deciso di aggiungere nuovi pannelli solari, per riottenere una giusta fornitura di energia e un giusto funzionamento della stazione. E tutto ciò diventa ulteriormente importante in vista del programma Artemis che vede nell’ISS un “modello”  sulla quale affidarsi per eventuali dimostrazioni tecnologiche.

Più energia!

A fornire i pannelli sarà l’industria Boeing con la sussidiaria Spectrolab e la Deployable Space System e il risultato finale vedrà la combinazione dei pannelli originari con i nuovi, più piccoli ed efficienti.

I pannelli saranno del tipo ROSA (Roll Out Solar Array), una recente tipologia di pannelli solari fotovoltaici che ha già dimostrato la sua efficienza nel 2017, quando un loro prototipo è stato dispiegato sulla ISS.

I pannelli ROSA vengono trasportati in un cilindro per poi essere “srotolati” sulla stazione. Sono in grado di raggiungere grandi estensioni e quindi quantità di energia molto elevate. Seguiranno la “rotta” dei vecchi pannelli, il loro stesso sistema di tracciamento del Sole e di canalizzazione dell’energia.

I pannelli originari sono in grado di produrre fino a 160 kW di elettricità. Con i nuovi si raggiungeranno circa i 215 kW.
Una struttura innovativa, una delle tante piccole rivoluzioni dal mondo dello spazio.

Si prevedono tre missioni di rifornimento e il trasporto avverrà dentro la capsula cargo Dragon della SpaceX.
Il 2021 prevedibilmente sarà l’anno in cui avverrà la prima di queste missioni.

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Tante idee attorno al fotovoltaico

L’uso del fotovoltaico ha segnato un momento di rinnovo. Portarlo nello spazio ha segnato uno dei momenti in cui la scienza e la tecnologia sono cambiate.

In futuro, le idee sviluppate per lo spazio potrebbero diventare ancora più connesse con ciò che accade sulla Terra.

L’agenzia spaziale giapponese (JAXA) ha in mente di progettare un enorme impianto fotovoltaico che produrrà energia elettrica da trasferire al nostro pianeta. Un progetto gigantesco che dovrebbe realizzarsi entro il 2037 e che Focus ha definito “il più ambizioso programma sulle energie rinnovabili delle prossime due decadi”.

Si basa su idee nuove, ma anche su idee già pensate in passato. Per esempio, la realizzazione dei Solar Power Satellite, in grado di assorbire l’energia solare, è un’idea che la Nasa ebbe negli anni Settanta e quest’anno dovrebbe essere realizzata una loro nuova versione, dopo quella messa a punto nel 2018.  E il piano di volo per il trasporto dei vari elementi prenderà spunto dalle manovre di aggancio (docking) dell’ISS.

Il 2021 sarà un anno di ripartenza per il mondo dello spazio, un anno di avvio per le grandi novità del futuro.

Giada Gangemi

Bibliografia:

https://www.astronautinews.it/2021/01/nuovi-pannelli-solari-per-linternational-space-station/

https://www.focus.it/scienza/energia/impianto-fotovoltaico-spaziale-giapponese

Fusione nucleare: le frontiere dell’energia per un mondo sostenibile

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Eccoci con l’ultimo articolo della nostra serie sulle energie rinnovabili. Oggi parleremo di una delle, se non della più discussa forma di energia ossia, l’energia nucleare.

Le centrali nucleari sfruttano l’uso di reazioni nucleari che rilasciano energia nucleare per generare calore, che più frequentemente viene utilizzato nelle turbine a vapore per produrre elettricità in una centrale nucleare. L’energia nucleare può essere ottenuta da fissione nucleare, decadimento nucleare e reazioni di fusione nucleare. Attualmente, la stragrande maggioranza dell’elettricità prodotta dall’energia nucleare è prodotta dalla fissione nucleare di uranio e plutonio che però ha evidenti problemi di sicurezza (basti pensare ai disastri di Chernobyl e Fukushima) e relativi allo smaltimento delle scorie radioattive. I processi di decadimento nucleare sono utilizzati in applicazioni di nicchia come i generatori termoelettrici a radioisotopi; usati principalmente nel campo dell’esplorazione spaziale dalle missioni Apollo in poi. La generazione di elettricità dalla potenza di fusione rimane al centro della ricerca internazionale. In quest’articolo parleremo principalmente di quest’ultima.

Generatore termoelettrico a radioisotopi

Fusione nucleare

La fusione nucleare è una reazione che spinge due o più nuclei atomici ad avvicinarsi al punto da unirsi e fondersi (superando la repulsione elettromagnetica), creando uno o più nuclei atomici e particelle subatomiche differenti (neutroni o protoni). La differenza di massa tra i reagenti e i prodotti, se vengono usati elementi fino al numero atomico 28 (nichel), si manifesta come rilascio di energia (reazione esotermica), se invece si usano elementi successivi, si manifesta come assorbimento di energia (reazione endotermica). Questa differenza di massa sorge a causa della differenza di “energia di legame” atomica tra i nuclei atomici prima e dopo la reazione.

La fusione è il processo che alimenta le stelle attive o “sequenza principale” o altre stelle di grande magnitudine. Proprio grazie all’energia irradiata dalle stelle durante il processo di reazione, queste possono brillare di luce propria e impedisce alle stesse di collassare sotto la propria forza di gravità.

Nella fusione nucleare la massa e l’energia sono legate dalla teoria della relatività ristretta di Albert Einstein secondo l’equazione (leggermente famosa): E=mc2

In questo tipo di reazione il nuovo nucleo costituito e il neutrone liberato hanno una massa totale minore della somma delle masse dei nuclei reagenti, con conseguente liberazione di un’elevata quantità di energia, principalmente energia cinetica dei prodotti della fusione.

Affinché avvenga una fusione, i nuclei devono essere sufficientemente vicini, in modo che la forza nucleare forte predomini sulla repulsione coulombiana (i due nuclei hanno carica elettrica positiva, si respingono): ciò avviene a distanze molto piccole, dell’ordine di qualche femtometro (10−15 metri). L’energia necessaria per superare la repulsione coulombiana può essere fornita ai nuclei portandoli ad altissima pressione (altissima temperatura, circa 10⁷ kelvin, e/o altissima densità).

Schema della fusione che avviene nelle stelle

Si intuisce dunque che la temperatura raggiunta durante la reazione sia paragonabile a quella delle stelle e analogamente  non abbiamo la tecnologia per sopportare tali temperature. Per sopportarle dovremmo spendere più energia di quanta prodotta e quindi il bilancio energetico sarebbe negativo e non converrebbe. Questo bilancio energetico, in passato, veniva calcolato in base al criterio di Lawson. Al giorno d’oggi esiste una rivisitazione in chiave moderna che si basa sul criterio di ignizione.

Nuove frontiere in sperimentazione

In questo momento il reattore più avanzato è ITER che sfrutta una configurazione tokamak per confinare il plasma, cioè le particelle che producono la reazione e quindi il calore, lontano dalle pareti del reattore, per non farle fondere, grazie a un campo magnetico. Tecnologia già vista (ovviamente non a quei livelli), per darvi un esempio, nel reattore Arc di Iron Man (eroe della Marvel).

Reattore Tokamak
Reattore Arc di Iron Man

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fin ora abbiamo parlato della fusione “a caldo”, ma il futuro del nucleare non risiede qui, ma bensì nella tanto curiosa e polemizzata, fusione a freddo.

Fusione a freddo

Il 23 marzo 1989, l‘Università dello Utah, negli Stati Uniti, annunciò i risultati di un esperimento condotto da due professori di elettrochimica, Martin Fleischmann e Stanley Pons. In un dispositivo da tavolo hanno ottenuto reazioni di fusione nucleare tra nuclei deuterio (isotopo pesante dell’idrogeno) a livelli di energia molto bassi e la generazione di energia termica in eccesso inspiegabile senza emissioni di radiazioni potenzialmente pericolose, il che era abbastanza inaspettato.

Cella elettrolitica di Fleischemann e Pons

Il dispositivo era sostanzialmente una cella elettrolitica, ossia un contenitore in vetro riempito con acqua pesante (cioè acqua in cui l’idrogeno è sostituito dal deuterio) in cui erano immersi due elettrodi: facendo passare della corrente attraverso la cella, l’acqua si scomponeva nei suoi costituenti, ossigeno e deuterio. I due scienziati dissero di aver tenuto acceso il loro sole per alcuni giorni, continuando a far circolare la corrente elettrica e rimboccando di tanto in tanto la cella di acqua, e di aver osservato degli occasionali e improvvisi aumenti di temperatura del liquido. Che, spiegarono, non erano imputabili a reazioni chimiche note, ma per l’appunto, a un meccanismo in cui due nuclei di deuterio si fondevano insieme formando un nucleo di elio (l’isotopo 3He), la liberazione di un neutrone e l’emissione di raggi gamma. Quindi una fusione nucleare.

In realtà il livello di energia era enormemente superiore a quello normalmente attribuito a fenomeni esotermici (sia chimici che fisici) prevedibili in quel tipo di esperimento.

Tale esperimento è stato ripetuto con successo alternato in molti laboratori in tutti i paesi del mondo. Fallimenti e mancanza di riproducibilità in vari esperimenti hanno generato un diffuso scetticismo su questo fenomeno, che ha rapidamente sostituito l’eccessivo interesse mostrato immediatamente dalla comunità scientifica.

Confinamento Muonico

Un altro modo per realizzare la fusione a freddo è il confinamento muonico. Il muone è una particella dotata di una massa pari a circa 200 volte quella dell’elettrone e possiede una durata della vita media di circa 2,2 milionesimi di secondo. Tale particella, nel disintegrarsi, converte il 99,5% della sua massa in energia. La prima verifica sperimentale di questo fenomeno fu eseguita nel 1957 da Luis Alvarez a Berkeley, ma verifiche approfondite dimostrarono poi che la quantità di energia prodotta, seppur inconfutabilmente prodotta, era molto piccola, poiché il muone riusciva a catalizzare, al più, una sola reazione prima di disintegrarsi.

Ad oggi, le ricerche sullo sfruttamento delle potenzialità di questa particella nell’intervallo di temperature che va da -260°C a 530°C, ha portato all’interessante risultato di circa duecento fusioni per ogni muone, un valore comunque ancora troppo basso visto che è appena sufficiente a compensare l’energia di alimentazione dello stesso reattore muonico.

Conclusioni

Vent’anni dopo quel primo esperimento di Fleischmann e Pons, tuttavia, la ricerca sulla fusione fredda ha fatto notevoli passi avanti, sia sperimentali che teorici, in modo che questa scienza empirica abbia riacquistato credibilità. Oggi esiste un settore della fisica della materia condensata nucleare, noto come LENR (Low Energy Nuclear Reactions).

Questo tipo di energia è tutt’ora molto discusso e preso di mira dalle varie società scientifiche, ma come abbiamo visto le possibilità sono enormi e ci sarebbe la possibilità di creare una fonte di energia completamente pulita e rinnovabile, senza i rischi, che sappiamo tutt’ora presenti nella fissione nucleare.

Sperando di un giorno di poter raggiungere la perfezione di Tony Stark e di avervi dato una buona panoramica sulle ultime frontiere delle energie rinnovabili questo era l’ultimo articolo della serie.

“L’energia nucleare è inutile in un mondo dove un virus può uccidere un’intera popolazione, lasciandone intatta la ricchezza.” (V per Vendetta)

Gabriele Galletta

Energie rinnovabili #1 – Nuove e vecchie problematiche per un mondo in evoluzione

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Il bisogno sempre maggiore di energia tiene in scacco il mondo: pro e contro delle attuali risorse energetiche.

Questo è il primo di una serie di articoli che realizzeremo intorno al tema cruciale delle energie rinnovabili, di cui analizzeremo gli aspetti più curiosi ed innovativi. Ma andiamo con ordine.

“Una nazione che non può controllare le sue fonti di energia non può controllare il suo futuro.” (Barack Obama)

Cos’è l’energia?

Dare la definizione operativa di energia non è facile e tutt’oggi non è possibile darne una univoca e che soddisfi tutte le nostre esigenze. Tuttavia una possibile definizione è quella per cui l’energia è la proprietà quantitativa che dev’essere trasferita a un oggetto affinché esso esegua un lavoro.

Analizziamo i vari tipi di energia.

I tipi di energia

Al giorno d’oggi sono state classificate tantissime forme di energia, alcune tra le più importanti sono:

  • energia nucleare;
  • energia meccanica;
  • energia gravitazionale;
  • energia elettromagnetica;
  • energia termica;
  • energia chimica.

Ognuna di queste forme di energia è indispensabile nella nostra vita di tutti i giorni e ne fa parte attivamente.

Ormai siamo abituati ad averle facilmente a disposizione, ma sappiamo anche quanto sta costando produrle sia dal punto di vista ambientale che dal punto di vista geopolitico.

È opportuno distinguere le risorse energetiche in:

  • risorse primarie, adatte all’uso finale senza conversione in un’altra forma;
  • risorse secondarie, dove la forma utilizzabile di energia richiede una sostanziale conversione da una fonte primaria.

Un’altra importante classificazione delle risorse energetiche si basa sul tempo necessario per la loro rigenerazione, e possiamo distinguere:

  • risorse rinnovabili, che sono quelle che recuperano la loro capacità in un tempo significativo per le esigenze umane.
  • risorse non rinnovabili, le quali sono quelle che sono significativamente esaurite dall’uso umano e che non recupereranno il loro potenziale durante la vita umana.

Fonti energetiche

Esistono circa dieci principali fonti di energia diverse che vengono utilizzate nel mondo , ognuna di esse con la sua peculiarità. Mentre ci sono altre fonti che vengono scoperte continuamente, nessuna di esse è sufficientemente sviluppata per soddisfare il fabbisogno mondiale di energia.

Ecco una panoramica di ciascuna delle diverse fonti di energia in uso e qual è il potenziale problema per ognuna di esse:

1. Energia solare:

Pro: attraverso l’uso di pannelli fotovoltaici, è possibile convertire l’energia solare in elettricità.

Contro: questo tipo di energia è che solo alcune aree geografiche del mondo ottengono abbastanza energia diretta dal Sole tale da soddisfare la richiesta di energia. Un altro annoso problema è quello dello smaltimento dei materiali costituenti i pannelli fotovoltaici.

2. Energia eolica:

Pro: la rotazione di opportune pale, causata dall’azione del vento, viene convertita in energia da grandi turbine che attivano un generatore e un convertitore.

Contro: Mentre questa sembrava una soluzione ideale per molti, la realtà dei parchi eolici sta iniziando a rivelare un impatto ecologico imprevisto che potrebbe non renderlo una scelta sostenibile.

3. Energia geotermica:

Pro:alcuni elementi radioattivi (quali Uranio, Torio, ecc), attraverso il loro lento decadimento, producono energia. Questa energia riscalda le rocce nel sottosuolo, che a loro volta riscaldano i bacini idrici presenti nelle zone limitrofe: l’acqua presente in essi evapora, e il vapore prodotto viene raccolto e utilizzato per azionare delle turbine rotanti che azionano un generatore.

Contro: Il più grande svantaggio con l’energia geotermica è che può essere prodotto solo in siti selezionati in tutto il mondo.

4. Energia derivante dall’Idrogeno:

Pro: è uno degli elementi più comuni disponibili sulla terra. L’acqua contiene due terzi di idrogeno e può essere trovata in combinazione con altri elementi. Una volta separato, può essere utilizzato come combustibile. È completamente rinnovabile, può essere prodotto su richiesta (tramite i processi di elettrolisi e reforming) e non lascia emissioni tossiche nell’atmosfera.

Contro: questo sistema ha un basso rendimento energetico e in più per potere effettuare i processi, richiede serbatoi con una pressione elevata (250 bar) che naturalmente comportano problemi sia di sicurezza che di peso e ingombro.

5. Energia prodotta dalle maree e dalle onde marine:

Pro: usa l’aumento e la diminuzione delle maree e il movimento della massa acquosa derivante dalle onde per convertire l’energia cinetica del mare, è rinnovabile e non provoca danni all’atmosfera.

Contro: La generazione di energia attraverso le maree è prevalentemente diffusa nelle zone costiere, necessita di enormi investimenti e la disponibilità di siti è piuttosto limitata. La produzione di energia delle onde può danneggiare l’ecosistema marino e può anche essere fonte di disturbo per le navi private e commerciali. 

6. Energia idroelettrica:

Pro: il 16% dell’elettricità prodotta oggi nel mondo arriva da questa fonte. Grossi bacini d’acqua, racchiusi da una diga, forniscono una potenza che viene utilizzata per azionare i generatori in modo da produrre l’elettricità.

Contro: I problemi affrontati con l’energia idroelettrica in questo momento hanno a che fare con l’invecchiamento delle dighe: esse infatti hanno bisogno di importanti lavori di restauro per rimanere funzionali e sicure, e ciò costa enormi somme di denaro. Il drenaggio dell’approvvigionamento di acqua potabile del mondo non è a lungo sostenibile, poiché l’acqua utilizzata per la produzione di energia potrebbe servire per l’utilizzo diretto della popolazione.

7. Energia delle biomasse:

Pro: è prodotta da materiale organico ed è comunemente usata in tutto il mondo. La clorofilla presente nelle piante cattura l’energia del Sole convertendo l’anidride carbonica dall’aria e l’acqua dal terreno in carboidrati attraverso la fotosintesi. Quando le piante vengono bruciate, l’acqua e l’anidride carbonica vengono nuovamente rilasciati nell’atmosfera.

Contro: Questo tipo di energia produce una grande quantità di anidride carbonica nell’atmosfera.

8. Energia nucleare:

Pro:  è una delle principali fonti di energia non rinnovabile disponibile al mondo. L’energia viene creata attraverso una specifica reazione nucleare di fissione, che viene quindi raccolta e utilizzata per generare energia elettrica.

Contro: rimane un grande argomento di dibattito su quanto sia sicura da usare e se sia davvero efficiente dal punto di vista energetico,date le notevoli quantità di scorie radioattive prodotte, molto difficili da smaltire. Gli scienziati stanno cercando di risolvere i problemi relativi alla sicurezza delle centrali (tutti sappiamo l’impatto ambientale che hanno avuto i disastri delle centrali nucleari di Chernobyl e Fukushima) e allo smaltimento dei rifiuti. Inoltre, i fisici stanno lavorando da anni ad un modo alternativo di sfruttare l’energia nucleare per la produzione di energia elettrica, ovvero tramite la fusione piuttosto che tramite la fissione. La fusione nucleare, però, ha diverse problematiche, che saranno trattare in un prossimo articolo.

9. Combustibili fossili:

Pro: attualmente è la principale fonte di energia del mondo e sfrutta materiali primi come carbone e petrolio. Il petrolio viene convertito in molti prodotti, il più utilizzato dei quali è la benzina.

Contro: Per arrivare al combustibile fossile, però, è purtroppo necessario deturpare in maniera irreversibile l’ambiente. Inoltre, le riserve di combustibili fossili sono in esaurimento.

Numero di reattori nucleari per pease. Fonte : Iaea|Pris
Numero di reattori nucleari per paese. Fonte: Iaea|Pris

Non è facile determinare quale di queste diverse fonti di energia sia meglio utilizzare: tutte hanno i loro punti di forza e le loro criticità. La verità è che sono tutti imperfetti: ciò che deve accadere è uno sforzo concertato per cambiare il modo in cui consumiamo energia e creare un equilibrio tra le fonti da cui attingiamo.

Gabriele Galletta

L’energia del futuro: in esclusiva per UVM il Prof. Aldo Di Carlo dalla conferenza “Innovative Materials for Future”

Posted on by Redazione Scienza&Salute

Durante l’evento Innovative Materials for Energy, promosso dalla Prof.ssa Giovanna D’Angelo del dipartimento MIFT dell’Università di Messina, si cerca di rispondere alla domanda “qual è l’energia del futuro?” Nella conferenza del 20/11 i relatori: la Prof.ssa Giulia Grancini ed il Prof. Aldo Di Carlo hanno mostrato un resoconto dei materiali e delle tecnologie più innovative che ci permettono di compiere un salto concreto nel futuro.

La Prof.ssa Grancini, docente del dipartimento di Chimica dell’Università di Pavia, ricorda le motivazioni che spingono la ricerca in questo campo, ovvero la necessità di trovare soluzioni alternative all’utilizzo dei combustibili fossili, considerando che i livelli di CO2 atmosferici sono fra i più alti nella storia (>400ppm nel 2019) e ciò è dovuto per oltre l’80% all’attività dell’uomo. Discute quindi le sue ricerche sull’energia solare di nuova generazione, per le quali è vincitrice del premio internazionale USERN 2019. Spiega che i moduli fotovoltaici convertono l’energia solare in energia elettrica senza alcun impatto ambientale. I suoi studi vertono in particolar modo intorno alla stabilizzazione della perovskite che, grazie al suo basso costo, alla facile processabilità e all’alta efficienza (raggiungendo picchi del 23%) si propone di rivoluzionare il campo del fotovoltaico, soppiantando il più costoso e meno efficiente silicone che ha dominato per anni questo mercato.

Minerale di perovskite

Risposte concrete, quindi, ma anche nuove sfide da affrontare, delle quali abbiamo avuto la possibilità di parlare con il Prof. Aldo Di Carlo, direttore del Polo solare organico della Regione Lazio (Chose), a Roma, e coordinatore del Laboratorio per l’energia solare avanzata, a Mosca.  

Professore, quali novità dobbiamo aspettarci nei prossimi anni dall’industria energetica?  

L’utilizzo di energia si sposterà sempre più verso il rinnovabile. Invece, sul lungo termine, un campo di studio emergente che suscita interesse è quello che si occupa della fusione tra energia e informazione. Questi due termini, apparentemente estranei e difatti per lungo tempo distanti, stanno convergendo verso il concetto di smart: smart energy, smart city. Avere informazione significa ridurre entropia e utilizzare meglio e con più efficienza l’energia. 

Quanto al rinnovabile, come può essere gestito in futuro lo stoccaggio dell’energia elettrica, elemento essenziale per l’accumulo di energia ottenuta da fonti rinnovabili? 

L’immagazzinamento dell’energia è un problema importante, perché le attuali soluzioni sono parziali e lo storage elettrochimico limitato non riesce a rispondere a tutte le esigenze. Tuttavia si stanno sviluppando grandi progetti: lo stoccaggio industriale attraverso l’idrogeno è fra i più promettenti.  

Inoltre l’energia rinnovabile è pervasiva: con una migliore efficienza energetica (come la si ottiene col perovskite) e una introduzione capillare del rinnovabile, anche una centralizzazione dello stoccaggio potrebbe essere qualcosa di cui fare a meno. Sicuramente è un progetto a lungo termine, ma ancora una volta la chiave potrebbe essere la digital energy, ovvero l’integrazione di energia e informazione: è questo il concetto emergente che diventerà veramente importante. 

La Digital Energy promette massima efficienza grazie alla gestione dei dati

In una società dominata dalla logica del profitto, con le agenzie dei combustibili fossili che non vogliono abbandonare questo mercato e adeguarsi alle policies del rinnovabile, considerata anche la sempre più stringente minaccia del global warming, come possiamo favorire la transizione all’utilizzo del rinnovabile? 

Il cambiamento climatico antropogenico è un dato di fatto di cui si sta acquisendo sempre più coscienza. Noi osserviamo una cosa: il mondo dell’informazione (ICT) si muove velocemente e tende a produrre efficienza. Invece le modifiche nel campo energetico avvengono con tempi biblici. Nel momento in cui Energia entrerà in ICT, il cambiamento diventerà veloce e potrà avvenire la transizione di cui parli. Ad ogni modo le società stanno già facendo forti investimenti per non perdere terreno nel campo delle rinnovabili, ma tale transizione sarà graduale soprattutto perché ancora non abbiamo delle densità di energia tali da rendere il rinnovabile indipendente dalle altre forme di energia. Per accelerare questo processo è necessario un breakthrough che deve venire dai giovani. 

Proprio riguardo i giovani, cosa si sente di dire alla nuova generazione di scienziati che si affacciano per la prima volta al mondo della ricerca per motivarli?  

Il futuro del mondo dipende dai giovani: solo da loro possono giungere nuove soluzioni. D’altronde Galois apportò la sua innovazione alla matematica ancora adolescente. Sono loro che fanno la differenza, e in questo momento storico serve un disruptive breakthrough che dipende solo dai giovani sia per la coscienza che hanno sviluppato (vedasi il fenomeno Greta) sia per la creatività e l’innovazione che possono apportare alle attuali tecnologie. 

Mattia Porcino