La ceramica fotovoltaica, una delle innovazioni più promettenti nel campo dell'energia solare, combina la durabilità della ceramica con l'efficienza del fotovoltaico
Caratteristiche della ceramica fotovoltaica
La ceramica fotovoltaica è un particolare tipo di ceramica progettata per convertire l'energia solare con un'efficienza mille volte superiore rispetto a quella dei pannelli tradizionali. La combinazione della ceramica fotovoltaica con delle tecniche avanzate di stampa 3D ha la possibilità di rinnovare radicalmente il settore dell'energia solare.
La tecnologia fotovoltaica è sempre stata in prevalenza dominata dalle celle in silicio. Nonostante queste rappresentino una fonte rinnovabile notevole, presentano alcune limitazioni che ne ostacolano l'adozione su larga scala.
Produrre celle solari in silicio, infatti, richiede un notevole dispendio energetico, alte temperature e l'uso di risorse limitate. Questi svantaggi hanno incentivato la ricerca verso tecnologie avanzate che migliorino l'efficienza e la sostenibilità.
In questo contesto, un team di ingegneri dell'ETH di Zurigo ha sviluppato un'innovativa ceramica fotovoltaica.
Funzionamento della ceramica fotovoltaica - Getty Images
La ceramica fotovoltaica, migliorata con una struttura a perovskite e un framework metallo-organico organizzato in una rete bidimensionale, è in grado di scindere le molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno grazie alla carica elettrica prodotta dalla luce.
L'idrogeno ottenuto può essere conservato e impiegato come vettore energetico.
Questo materiale, oltre alla produzione di energia elettrica, ha la capacità di immagazzinare energia chimica, rappresentando una soluzione migliore rispetto ai tradizionali combustibili fossili.
Come funziona la ceramica fotovoltaica
La ceramica fotovoltaica è dotata di una nanostruttura che converte l'energia solare in elettricità in modo altamente efficiente.
Questo materiale fotovoltaico è costituito da ossido di alluminio e nanoparticelle di perovskite che assorbono la luce e trasferiscono la corrente.
Le perovskiti stanno diventando sempre più diffuse nelle celle solari, grazie alle loro notevoli capacità di raccolta della luce.
Di solito, però, sono sensibili alle variazioni di umidità, temperatura e stress meccanici.
La ceramica fotovoltaica risolve questi problemi inserendo le nanoparticelle di perovskite in una matrice di ossido di alluminio.
Quali sono le caratteristiche della ceramica fotovoltaica - Getty Images
Queste nanoparticelle, nel momento in cui vengono esposte alla luce del sole, si eccitano, originando elettroni che vengono poi trasferiti dalla matrice di ossido di alluminio alla superficie della ceramica, generando così corrente elettrica.
Questa innovativo materiale rappresenta un significativo passo avanti verso soluzioni per l'autoconsumo energetico.
È capace di offrire una maggiore flessibilità e adattabilità per l'uso domestico, consentendo a chiunque di poterlo sfruttare per risparmiare sull'energia elettrica e avvicinarsi a un impatto ambientale nullo.
Tecnologia per produrre combustibili liquidi
Gli ingegneri dell'ETH, negli ultimi periodi, hanno, inoltre, sviluppato una tecnologia per la produzione di combustibili liquidi sfruttando la luce del sole e l'aria.
Nel 2019, hanno presentato una dimostrazione dell'intero processo termochimico in condizioni reali su un tetto dell'ETH a Zurigo.
Questi combustibili sono a emissioni zero, poiché rilasciano solo la CO2 che è stata assorbita dall'aria durante la loro produzione.
Il cuore di questo processo è un reattore solare che utilizza luce del sole concentrata tramite uno specchio parabolico che raggiunge temperature fino a 1500 gradi Celsius.
Nel reattore, che contiene una struttura ceramica porosa in ossido di cerio, ha luogo un ciclo termochimico che separa l'acqua e la CO2 catturata dall'aria, producendo syngas. Quest'ultimo può essere ancora convertito in carburanti liquidi come il cherosene.
Ceramica fotovoltaica e stampa 3D
Un gruppo di ricercatori ha messo a punto una nuova tecnologia di stampa 3D che potrebbe trasformare radicalmente il modo in cui viene gestita l'energia solare.
Di solito, i materiali porosi usati nei reattori solari avevano la tendenza a bloccare una parte della luce, riducendo così la produzione di calore e di conseguenza di combustibile.
Tuttavia, grazie al lavoro di André Studart e Aldo Steinfeld (il primo esperto in materiali complessi, il secondo specialista in energia Rinnovabile), è stato sviluppato un nuovo approccio per creare delle strutture ceramiche porose che ottimizzano l'uso della radiazione solare.
Ceramica fotovoltaica e stampa 3D - Getty Images
Queste strutture presentano dei pori e dei canali che vanno a restringersi gradualmente quanto più si scende in profondità nel reattore.
Questa configurazione permette una migliore cattura e distribuzione della luce solare in tutto il volume del reattore.
Ciò porta le temperature interne a raggiungere fino a 1500°C, fondamentali per la produzione di combustibile, e a raddoppiare la quantità di combustibile prodotto rispetto ai metodi tradizionali.
La stampa 3D utilizza uno speciale inchiostro a bassa viscosità arricchito di particelle di cerio, un elemento fondamentale per migliorare l'assorbimento solare.
La tecnologia è stata brevettata e la società Synhelion ha acquisito i diritti di commercializzazione dall'ETH di Zurigo.
Funzionamento della ceramica fotovoltaica - Getty Images
Quali sono le caratteristiche della ceramica fotovoltaica - Getty Images
Ceramica fotovoltaica e stampa 3D - Getty Images
