Celle solari in rubrene. L'organico avanza.

"Dillo come lo diresti a tua madre".

La tecnologia delle celle solari in materiale organico ha compiuto un incoraggiante passo in avanti grazie al lavoro di Vitaly Podzorov, professore di fisica alla Rutgers University del New Jersey.

Le celle solari sono dei dispositivi che consentono di ottenere energia elettrica dall'energia luminosa. In soldoni quando le particelle di luce (fotoni) vengono assorbite dalla cella, esse "creano" particelle elettriche (elettroni carichi negativamente e lacune cariche positivamente). Queste particelle elettriche, muovendosi, formano la cosiddetta "corrente" che serve per far funzionare apparecchi grandi e piccoli siano essi calcolatrici tascabili o elettrodomestici.

I materiali organici, che contengono carbonio come la plastica, sono molto promettenti in quanto costano poco, sono flessibili e trasparenti. Sarebbe possibile in linea di principio ricoprire interi palazzi di celle solari trasparenti in luogo dei classici ed ingombranti pannelli scuri che si vedono sui tetti. Purtroppo i materiali organici hanno lo svantaggio di lasciarsi attraversare male dalla corrente per cui gran parte delle particelle elettriche vengono "riassorbite" prima che riescano ad uscire dalla cella e sono di fatto inutilizzate.

Il professor Podzorov lavora da tempo col rubrene, un materiale organico dal colore rosso, realizzando transistori (i "mattoncini" dei circuiti integrati). Realizzando celle solari in rubrene ha visto che le particelle elettriche sono in grado di muoversi più velocemente per cui hanno più possibilità di uscire dalla cella prima che vengano riassorbite. Ciò consente di "tirare fuori" più corrente da un cella in rubrene rispetto ad altri materiali organici e costituisce un importante passo in avanti per il progredire di questa tecnologia.

Solar Impulse: volare intorno al mondo senza carburante

Può un aereo tracciare la strada su cui indirizzare lo sviluppo energetico dell'umanità? Potrebbe.

L'ambizioso obiettivo del progetto Solar Impulse è quello di realizzare un aereo ad energia solare che sia in grado di fare il giro del mondo. Anche di notte. Senza precipitare ovviamente.

Voluto dallo svizzero Bertrand Piccard, autore del primo giro intorno al globo in mongolfiera e figlio d'arte, il progetto è partito nel 2003 in collaborazione col Politecnico Federale di Losanna.

Dopo anni di progettazione e simulazione, la Solar Impulse ha realizzato il prototipo HB-SIA (foto in alto) che il 7 aprile scorso ha compiuto il primo volo (video in basso) durato un'ora e mezza fino a 1200 metri di quota.

Velivoli funzionanti grazie all'energia solare non sono una novità assoluta quindi in cosa sarebbe rivoluzionario il progetto Solar Impulse?

Il grande svantaggio dell'energia solare è quello di dipendere dalle condizioni atmosferiche e dal ciclo giorno-notte. I pannelli solari, costituiti da numerose celle collegate fra loro, trasformano l'energia luminosa del Sole in energia elettrica. Più luce viene assorbita, maggiore è la potenza elettrica disponibile. Con cielo nuvoloso l'energia fornita dai pannelli è minore che con sole a picco e di notte non funzionano.

La soluzione è quella di affiancare ai pannelli delle batterie che vengano caricate durante il giorno e diano la loro energia quando la luce non è sufficiente.

Ciò viene fatto sia per i prototipi di automobili ad energia solare che per gli aerei realizzati in passato. L'Helios della NASA (foto a sinistra), velivolo senza pilota precipitato nel 2003 a casa di un cedimento strutturale, aveva delle batterie che gli consentivano di continuare a volare di notte per 5 ore mentre il SoLong (foto a destra nelle mani del suo creatore Alan Coccini) è riuscito a restare in volo per 48 ore.

Tuttavia per girare intorno al mondo è necessario restare diverse notti consecutive in volo per esempio sui tratti di mare aperto che richiedono diversi giorni di viaggio. Gli aerei solari, non potendo prosciugare le batterie pena esiti fatali, sono infatti abbastanza lenti.

Questo spiega le scelte fatte per costruire il Solar Impulse. Il prototipo è realizzato in fibra di carbonio, materiale resistente e leggero, come le auto di Formula 1. Ha un'apertura alare superiore a quella di alcuni jet di linea (63m circa) per ospitare quasi 12.000 celle solari in silicio monocristallino che, sebbene producano meno energia di altri materiali, hanno il vantaggio di essere leggere. E' necessario infatti che l'areo consumi poco dato che di notte deve fare completo ed esclusivo affidamento alle batterie.

L'aereo, nonostante le sue dimensioni notevoli, è incredibilmente leggero. Appena 1600kg, quanto una comune automobile. E' spinto da 4 motori ad elica della potenza di 10HP (cavalli) ciascuno accoppiati a delle batterie litio-polimero più leggere di altre soluzioni ed aventi una durata maggiore. La bassa potenza dei motori consente di arrivare ad una velocità di crociera di 70km/h (quanto uno scooter da 14enni) e di decollare a soli 35km/h.

Il prossimo passo della Solar Impulse è quello di completare entro il 2010 un volo giorno-notte-giorno di 36 ore puntando a ridurre maggiormente il consumo aumentando la "carica" delle batterie. Se ciò dovesse andare a buon fine, per il 2011 è previsto il prototipo più evoluto l'HB-SIB (in foto) che presenterà un apertura alare maggiore (80m), una cabina che gli consentirà di volare ad alta quota e forse due piloti che si daranno il cambio. Il volo intorno al mondo dovrebbe avvenire nel 2012 e durerà 20-25 giorni da compiersi in 5 tappe.

L'obiettivo di Piccard va però oltre il volo ed è mostrare come l'energia solare sia il futuro dell'umanità. Se si riuscirà a far volare un aereo giorno e notte senza carburante, risolvendo il problema critico delle batterie, si potrà fare lo stesso con le automobili, con gli impianti di riscaldamento e di condizionamento. Potremmo completamente fare a meno del petrolio e degli altri combustibili con il bonus di ridurre le emissioni inquinanti.

Pensiamoci.

Energia elettrica dalle onde del mare

Quando sentiamo parlare di energia rinnovabile pensiamo immediatamente all'energia solare, eolica ed idroelettrica. Una fonte meno nota ma molto promettente è il mare che copre 3/4 buoni della superficie terrestre.

L'interesse non è del tutto nuovo. Nel novembre del 1966 aprì i battenti la prima centrale in grado di sfruttare le maree, ovvero quella di Rance (Francia). L'alta marea riempie una mega vasca che viene poi svuotata durante il giorno mettendo in moto delle turbine che generano energia elettrica.

Una filosofia diversa è quella seguita dall'australiana Oceanlinx che sfrutta il moto delle onde. La tecnologia si basa su delle piattaforme galleggianti formate in sostanza da uno "scatolone" semi-sommerso con in cima una turbina come mostrato nella figura in basso.

Nella prossima figura è mostrato invece il principio di funzionamento dell'impianto.

Quando l'onda entra nello scatolone, l'acqua spinge l'aria in una turbina facendola girare generando energia elettrica. Il sistema è in grado di sfruttare anche il deflusso dell'acqua infatti quando il livello diminuisce si crea un risucchio d'aria che continua a far girare la turbina.

A questo punto mi si era alzato un sopracciglio dubbioso pensando "un secondo, ma se l'aria circola in senso opposto lo farà anche la turbina". In realtà la turbina ha delle alette auto-orientabili per cui essa gira sempre nello stesso verso nonostante il flusso d'aria inverta direzione. E' come se un ventilatore soffiasse sempre nella stessa direzione nonostante lo fate girare al contrario in quanto avete invertito l'inclinazione delle pale. Il meccanismo è ben visibile in questo video a 3:35 circa, preso dalla trasmissione Beyond Tomorrow dedicata a scienza e tecnologia.

Tale sistema è promettente in quanto non ha parti meccaniche sommerse essendo la turbina al di sopra del livello del mare. In tal modo si evita la corrosione a causa dell'acqua marina, è facilitata la manutenzione non essendoci la necessità di immersioni ed in caso di incidenti come perdita di lubrificante viene ridotto l'inquinamento marino.

Le onde di cui stiamo parlando non sono le piccole increspature sulla superficie del mare dovute al vento che cambia rapidamente nel giro di poche ore, bensì alle lente oscillazioni del mare simili alle onde da surf o a quelle causate da uno tsunami. Queste onde sono in grado di percorrere migliaia di km e diventano tanto più regolari ed energetiche quanto più sono in grado di propagarsi senza essere rotte da isole garantendo energia sufficiente con continuità. Ciò spiega perché le isole Hawaii sono particolarmente interessate alla tecnologia in quanto, trovandosi a notevole distanza dalla terra ferma, vengono investite dai moti ondosi provenienti dal polo sud, dallo stretto di Bering e dall'Asia.

Dopo essersi dedicata ai prototipi, la Oceanlinx sta costruendo una centrale dimostrativa composta da varie piattaforme collegate fra loro ed alla rete elettrica australiana. Sarà pronta per il 2010 al largo di Sydney e fornirà una potenza di 2.5 MW in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di circa 2000 abitazioni.

Fonti:

IEEE Spectrum - This Renewable Energy Source Is Swell

Oceanlinx - How it works