Elettricità Habemus 1.000 volte più potente (e gratuita)! Addio ai pannelli solari con ceramica fotovoltaica – .

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

Da quasi quarant’anni la tecnologia fotovoltaica è dominata dalle fotocellule al silicio. Sebbene i pannelli solari in silicio rappresentino un’eccellente risorsa rinnovabile, esistono limitazioni significative che ne impediscono un’adozione diffusa. L’installazione sul tetto può essere complessa e costosa a causa delle strutture di supporto richieste. Inoltre, la produzione di celle in silicio richiede molta energia, alte temperature e risorse limitate.

Questi svantaggi hanno spinto la ricerca su nuove tecnologie solari in grado di ottimizzare efficienza, flessibilità e sostenibilità. Un gruppo di ingegneri dell’ETH di Zurigo ha sviluppato un 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 tradizionali pannelli solari. Questa innovazione, combinata con una tecnica di stampa 3D avanzata, ha il potenziale per trasformare completamente il panorama dell’energia solare.

La ceramica fotovoltaica è arricchita da una struttura di perovskite, un’armatura metallo-organica strutturata in una rete bidimensionale. Questa tecnologia permette la scissione delle molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno grazie alla carica elettrica generata dalla luce. L’idrogeno prodotto può essere immagazzinato e utilizzato come vettore energetico. 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 un’ingegnosa nanostruttura che converte in modo efficiente l’energia solare in elettricità. Il materiale fotovoltaico è costituito da nanoparticelle di ossido di alluminio e 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 ai cambiamenti di temperatura, umidità e stress meccanico. La ceramica risolve questi problemi incapsulando 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 alla superficie della ceramica, producendo una corrente elettrica. Questa ceramica fotovoltaica rappresenta un esempio di innovazione orientata all’autoconsumo, simile ai tetti solari Tesla e alle mini turbine eoliche. Questa invenzione segna un passo avanti verso pannelli solari più flessibili e adatti 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 dalla luce solare e dall’aria. Nel 2019 hanno dimostrato l’intero processo termochimico in condizioni reali, sul tetto del Laboratorio macchine dell’ETH di Zurigo. Questi combustibili solari sintetici sono a zero emissioni di carbonio, 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 alla luce solare concentrata da uno specchio parabolico, che raggiunge 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 l’acqua e la CO2 catturata dall’aria, producendo syngas. Questo gas di sintesi può essere ulteriormente trasformato in combustibili liquidi come il cherosene, che può essere utilizzato per l’aviazione.

Innovazioni nella stampa 3D

Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo tipo di tecnologia Stampa 3D che potrebbe rivoluzionare il modo in cui gestiamo l’energia solare. Tradizionalmente, i materiali porosi utilizzati nei reattori solari tendono a bloccare parte della luce solare, limitando il calore e quindi la produzione di combustibile. Ma ora, grazie al lavoro di André Studartesperto in Materiali Complessi, e Aldo Steinfeldspecialista in energie rinnovabili, è stato creato un nuovo metodo per produrre strutture ceramiche porose che consentono un migliore utilizzo della radiazione solare.

Queste nuove strutture sono progettate con canali e pori che si restringono man mano che si scende più in profondità nel reattore, una configurazione che cattura e distribuisce meglio la luce solare in tutto il volume del reattore. Il risultato? Le temperature interne possono raggiungere i 1500°Cessenziale per la produzione di carburante e la quantità di carburante prodotta può essere raddoppiata rispetto ai sistemi tradizionali.

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

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Fonte: Politecnico federale di Zurigo

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