Francesca Mancuso I ricercatori della National University hanno trovato il modo di sfruttare un effetto ottico comune ma finora non considerato per generare elettricità
©National University Singapore,
Produrre energia elettrica usando le ombre. Sembra quasi una magia ma a riuscire davvero in questa impresa è stato un team di scienziati di Singapore. Le ombre sono spesso associate a oscurità e incertezza ma i ricercatori della National University (NUS) hanno trovato il modo di sfruttare un effetto ottico comune ma finora non considerato per generare elettricità.
Un’idea che potrebbe aprire nuove strade verso la produzione di energia pulita per le nostre abitazioni e i dispositivi elettronici. L’invenzione si deve a due team di ricerca dell’Università. Essi hanno creato un dispositivo chiamato generatore di energia ad effetto ombra (shadow-effect energy generator – SEG), che utilizza il contrasto tra aree illuminate e aree ombreggiate per generare elettricità e potenzialmente autoalimentare tutti i nostri dispositivi elettronici.
“Le ombre sono onnipresenti e spesso le diamo per scontate. Nelle convenzionali applicazioni fotovoltaiche o optoelettroniche in cui una fonte di luce costante viene utilizzata per alimentare i dispositivi, la presenza di ombre è indesiderabile, poiché degrada le prestazioni dei dispositivi. In questo lavoro abbiamo sfruttato il contrasto dell’illuminazione causato dalle ombre come fonte indiretta di energia. Il contrasto nell’illuminazione induce una differenza di tensione tra l’ombra e le sezioni illuminate, con conseguente corrente elettrica. Questo nuovo concetto nella raccolta di energia in presenza di ombre non ha precedenti “, ha spiegato il professor Tan Swee Ching, leader del team di ricerca.
I dispositivi elettronici mobili come smartphone e smartwatch richiedono un’alimentazione efficiente e continua. Poiché essi vengono usati sia all’interno che all’esterno, potrebbero sfruttare la luce ambientale e quindi la differenza di illuminazione per alimentarsi.
L’approccio è rivoluzionario se si considera che oggi le celle fotovoltaiche disponibili in commercio possono svolgere questo ruolo in un ambiente esterno, ma la loro efficienza di raccolta di energia cala all’interno delle abitazioni, dove la luce è minore e c’è più ombra.
Da qui sono partiti gli scienziati di Singapore. Per affrontare questa sfida tecnologica, il team ha sviluppato un SEG a basso costo, facile da produrre e in grado sia di convertire il contrasto tra luce e ombra in elettricità sia di fungere da auto-sensore per monitorare oggetti di passaggio.
Il SEG è formato da una serie di celle disposte su una pellicola di plastica flessibile e trasparente, con un sottile film d’oro depositato su un wafer di silicio. Il team ha quindi condotto esperimenti per testare le prestazioni del SEG nella generazione di elettricità e come sensore autoalimentato.
“Quando l’intera cella SEG è illuminata o in ombra, la quantità di elettricità generata è molto bassa o nulla. Quando una parte della cella SEG è illuminata, viene rilevata un’uscita elettrica significativa. Abbiamo anche scoperto che la superficie ottimale per la generazione di elettricità è quando metà della cella SEG è illuminata e l’altra metà in ombra, in quanto ciò offre un’area sufficiente per la generazione e la raccolta della carica, “, ha detto il professor Andrew Wee, coautore dello studio.
I risultati sono davvero allettanti. Sulla base degli esperimenti di laboratorio, il SEG a quattro celle si è rivelato due volte più efficace rispetto alle celle solari al silicio semplicemente giocando sul passaggio luce/ombra. Gli scienziati hanno notato che l’energia prodotta tramite il dispositivo in presenza di ombre create in condizioni di illuminazione interna era sufficiente ad alimentare un orologio digitale (cioè 1,2 V). Inoltre, secondo gli ideatori può essere prodotto a un costo inferiore rispetto alle celle fotovoltaiche al silicio.
Il team ha anche dimostrato che il SEG può fungere da sensore autoalimentato per il monitoraggio di oggetti in movimento. Quando un oggetto passa nei pressi del SEG, lancia un’ombra intermittente sul dispositivo e attiva il sensore per registrare la presenza e il movimento dell’oggetto stesso.
Il team ha impiegato quattro mesi per concettualizzare, svilupparne e perfezionarne le prestazioni. Nella prossima fase di ricerca, i ricercatori sperimenteranno altri materiali, oltre all’oro, per ridurre ulteriormente i costi.
Inoltre, stanno cercando di realizzare dei SEG indossabili collegati agli indumenti capaci di produrre energia durante le normali attività quotidiane sfruttando i cambiamenti di illuminazione degli ambienti, esterni o interni, in cui ci troviamo.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista scientifica Energy & Environmental Science.
Fonti di riferimento: National University Singapore, Energy & Environmental Science
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