Tecnologia: alimentare il futuro dell'energia

May 19, 2023

Nel profondo del nucleo del sole, due protoni di atomi di idrogeno si scontrano violentemente. Sotto un'enorme pressione si fondono insieme e rilasciano grandi quantità di energia in un processo noto come fusione nucleare. Viaggiando alla velocità della luce, parte di questa energia solare raggiunge la Terra, dove alimenta il nostro pianeta. Dai bollitori alle automobili, quasi tutta l’energia su cui facciamo affidamento proviene dal sole: un tempo i combustibili fossili erano piante energizzate dalla fotosintesi; i pannelli solari assorbono la luce solare e la convertono in elettricità; anche i parchi eolici e le centrali idroelettriche fanno affidamento sull'energia del sole per riscaldare la terra e il mare e creare fiumi alimentati dal vento e dalla pioggia che fanno girare le loro turbine. Per alimentare le nostre vite sempre più elettrizzate, c’è un’abbondanza di fonti di energia pulite e rinnovabili a cui possiamo attingere. E la tecnologia è all’avanguardia nello sfruttamento più efficiente di questa energia rinnovabile.

I pannelli solari sono una delle energie rinnovabili più diffuse e generano già oltre il 3,5% dell’elettricità mondiale. Ma c’è margine di miglioramento: catturare anche solo un’ora di luce solare fornirebbe energia al pianeta per un anno. Non solo vengono installati sempre più pannelli solari, ma la tecnologia sta anche trovando modi per renderli più efficienti. Posizionando lenti esagonali nel rivestimento protettivo in vetro di un pannello, ad esempio, è possibile concentrare la luce in entrata per ottenere un tasso di efficienza di circa il 30%, rispetto a uno standard industriale del 15-22%. L'aggiunta di sottili strati di silicio su entrambi i lati di una cella solare ne aumenta l'efficienza fino a circa il 25%.

Tuttavia, con il silicio, uno dei componenti a maggior consumo energetico dei tradizionali pannelli solari, la scienza ha sviluppato un’alternativa utilizzando cristalli di perovskite. Questi possono essere resi trasparenti e flessibili, offrendo la possibilità di materiali da costruzione fotovoltaici come finestre e tegole, e persino tessuti indossabili. Un altro grande progresso è stato la tecnologia PERC (Passivated Emitter Rear Cell), che riflette la luce non assorbita nella cella solare per una seconda possibilità di conversione in elettricità. PERC consente inoltre ai pannelli solari di essere bifacciali, catturando la luce solare su entrambi i lati con la tecnologia di inseguimento solare che sposta il pannello per garantire la massima esposizione.

Tra le forme più riconoscibili di energia rinnovabile c’è l’energia eolica, con le turbine eoliche una caratteristica sempre più comune sia dei paesaggi che delle coste. L’energia eolica genera già oltre il 6% dell’elettricità globale e sono in fase di sviluppo tecnologie che renderanno le turbine eoliche più economiche, più efficienti e più potenti. Un focus chiave è stato sulle pale che catturano l’energia cinetica del vento, con miglioramenti tecnologici, inclusa la stampa 3D, che consentono di costruire pale più lunghe e più leggere per una maggiore efficienza. La ricerca ha anche aggiunto una punta leggermente curva alla pala che la aiuta a sfruttare al meglio anche i venti leggeri, e pale intelligenti che possono adattarsi al flusso del vento per ottenere le massime prestazioni.

La modellazione computerizzata della complessa fisica del flusso del vento non solo determina le migliori posizioni per l’energia eolica, ma anche la configurazione precisa delle turbine eoliche per massimizzare il vento che catturano mentre scorre attraverso l’azienda agricola. Sono state sviluppate anche turbine di deviazione del vento che deviano il vento che colpisce la torre sulle pale in modo da sfruttare ancora più energia. Oltre a ciò, gli sviluppi futuri in fase di studio includono l’energia eolica aviotrasportata che funziona come un aquilone, l’assenza di una torre la rende più economica da implementare e in grado di raggiungere altitudini più elevate dove i venti sono spesso più forti.

Di gran lunga il più grande produttore di energia rinnovabile è l’energia idroelettrica, con l’acqua corrente che genera circa il 17% dell’elettricità mondiale. Nonostante abbia più di un secolo di esperienza alle spalle, la tecnologia idroelettrica sta ancora apportando miglioramenti. Una delle maggiori opportunità è rappresentata dall’energia idroelettrica a basso salto, in grado di generare elettricità anche da una pendenza dolce. Lo sviluppo di un sistema a coclea idrodinamica di Archimede, in cui l’acqua scorre lungo la coclea, facendola girare mentre scende, ha dimostrato quanto efficacemente l’energia idroelettrica a basso salto possa essere utilizzata per la produzione di energia idroelettrica diffusa e su piccola scala.