Habemus elettricità 1.000 volte più potente (e gratuita)! Addio ai pannelli solari con la ceramica fotovoltaica

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo rivoluzionano l'energia solare con ceramiche fotovoltaiche ad alta efficienza e reattori solari avanzati, producendo energia elettrica, idrogeno e combustibili sintetici a basso impatto ambientale

Indice

Per quasi quarant’anni, la tecnologia del fotovoltaico è stata dominata dalle fotocellule in silicio. Sebbene i pannelli solari in silicio rappresentino una risorsa rinnovabile eccellente, ci sono limitazioni significative che ne impediscono l’adozione su larga scala. L’installazione sui tetti può risultare complessa e costosa a causa delle strutture di supporto necessarie. Inoltre, la produzione delle celle in silicio richiede molta energia, temperature elevate e risorse limitate.

Questi svantaggi hanno spinto la ricerca verso nuove tecnologie solari che possano ottimizzare l’efficienza, la flessibilità e la sostenibilità. Un gruppo di ingegneri dell’ETH di Zurigo ha sviluppato una ceramica fotovoltaica che potrebbe rivoluzionare il settore. Gli scienziati dell’ETH di Zurigo hanno progettato un nuovo materiale ceramico in grado di convertire i raggi solari in energia con un’efficienza mille volte superiore rispetto ai pannelli solari tradizionali. Questa innovazione, combinata con una tecnica di stampa 3D avanzata, ha il potenziale di trasformare completamente il panorama dell’energia solare.

La ceramica fotovoltaica è arricchita con una struttura a perovskite, un framework metallo-organico strutturato in una rete bidimensionale. Questa tecnologia consente la scissione delle molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno grazie alla carica elettrica generata dalla luce. L’idrogeno prodotto può essere conservato e utilizzato come vettore di energia. Questo materiale non solo genera energia elettrica, ma immagazzina energia chimica, offrendo una soluzione superiore ai combustibili fossili.

Come funziona la ceramica fotovoltaica

La ceramica sviluppata dall’ETH di Zurigo presenta una nanostruttura ingegnosa che converte efficacemente l’energia solare in elettricità. Il materiale fotovoltaico è composto da ossido di alluminio e nanoparticelle di perovskite, che assorbono la luce e conducono la corrente. Le perovskiti, note per le loro eccellenti proprietà di raccolta della luce, stanno diventando comuni nelle celle solari. Tuttavia, sono generalmente sensibili alle variazioni di temperatura, umidità e sollecitazioni meccaniche. La ceramica risolve questi problemi incapsulando le nanoparticelle di perovskite in una matrice di ossido di alluminio.

Quando esposte alla luce solare, le nanoparticelle si eccitano, generando elettroni che vengono trasportati dalla matrice di ossido di alluminio fino alla superficie della ceramica, producendo corrente elettrica. Questa ceramica fotovoltaica rappresenta un esempio di innovazione orientata all’autoconsumo, simile ai tetti solari Tesla e alle mini turbine eoliche. Tale invenzione segna un passo avanti verso pannelli solari più flessibili e adattati alle esigenze domestiche, permettendo a tutti di risparmiare sull’elettricità e avvicinarsi all’impatto zero.

Combustibili solari sintetici

Negli ultimi anni, gli ingegneri dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato la tecnologia per produrre combustibili liquidi da luce solare e aria. Nel 2019, hanno dimostrato l’intero processo termochimico in condizioni reali, sul tetto del Laboratorio Macchine dell’ETH a Zurigo. Questi combustibili solari sintetici sono carbon neutral, poiché rilasciano solo la quantità di CO2 assorbita dall’aria durante la loro produzione.

Al centro del processo di produzione c’è un reattore solare esposto a luce solare concentrata da uno specchio parabolico, raggiungendo temperature fino a 1500 gradi Celsius. All’interno di questo reattore, contenente una struttura ceramica porosa in ossido di cerio, avviene un ciclo termochimico che scinde acqua e CO2 catturata dall’aria, producendo syngas. Questo syngas può essere ulteriormente trasformato in carburanti liquidi come il cherosene, utilizzabile per l’aviazione.

©ETH Zurich

Innovazioni nella stampa 3D

Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo tipo di tecnologia di stampa 3D che potrebbe rivoluzionare il modo in cui gestiamo l’energia solare. Tradizionalmente, i materiali porosi utilizzati nei reattori solari tendevano a bloccare parte della luce solare, limitando la produzione di calore e quindi di combustibile. Ma ora, grazie al lavoro di André Studart, esperto di Materiali Complessi, e Aldo Steinfeld, specialista in Energia Rinnovabile, è stato creato un nuovo metodo per produrre strutture ceramiche porose che permettono di sfruttare meglio la radiazione solare.

Queste nuove strutture sono progettate con canali e pori che si restringono man mano che si scende in profondità nel reattore, una configurazione che consente di catturare e distribuire meglio la luce solare su tutto il volume del reattore. Il risultato? Le temperature interne possono raggiungere i 1500°C, essenziali per la produzione di combustibile, e si può raddoppiare la quantità di combustibile prodotto rispetto ai sistemi tradizionali.

La stampa 3D di queste strutture ceramiche usa un inchiostro speciale a bassa viscosità, ma ricco di particelle di cerio, un elemento chiave per ottimizzare l’assorbimento solare. Il brevetto per questa tecnologia è già stato registrato e la società Synhelion ha acquisito i diritti per la sua commercializzazione dall’ETH di Zurigo. Questo progresso rappresenta un grande passo avanti nella produzione di combustibili sostenibili per l’aviazione, promettendo di rendere i reattori solari più efficienti e economicamente vantaggiosi.

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Fonte: ETH Zurich

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