FOTOVOLTAICO: Film Organici e Grafene per generazione di energia off-line e per combattere i Cambiamenti Climatici?

Secondo un articolo di Claire Heald - BBC News, apparso sul sito della BBC (reperibile in lingua inglese al link seguente https://www.bbc.com/news/science-environment-50717446?ns_mchannel=social&ocid=socialflow_twitter&ns_source=twitter&ns_campaign=bbcnews )

è in fase di sviluppo nel Regno Unito una nuova forma di generazione combinata di energia solare accoppiata allo stoccaggio. Sembra che essa abbini fogli solari sottili, flessibili e leggeri con accumulo di energia per alimentare edifici o caricare veicoli fuori rete. La società Solivus, che sta dietro di essa, prevede di utilizzarla per coprire i tetti di grandi edifici industriali con il “tessuto solare”. Questi includono magazzini di supermercati e centri di distribuzione o hub commerciali. Ma Solivus sembra prevedere anche di produrre unità solari o "archi" per uso domestico. L'obiettivo è quello di creare energia locale e rinnovabile, per persone e imprese e aiutare il Regno Unito a raggiungere l'obiettivo di zero emissioni nette di gas serra entro il 2050. Uno stralcio di un apparato prodotto è riportato nella figura seguente.

Prestazioni

I cosiddetti “film organici” erano già ben conosciuti, anche per i loro modesti rendimenti; ma, le vere novità per queste nuove celle solari organiche sembrano essere alcuni record energetici che vengono definiti "notevoli" nell’articolo preso a riferimento.

Il materiale solare sembra essere un foglio a base di carbonio (vedi anche grafene al link riportato di seguito), che la società indicata descrive come un "fotovoltaico organico" (OPV). È un materiale che assorbe la luce solare e produce energia. Il film a strati può essere piegato in forme o incollato su superfici piane o curve, verticali o orizzontali, dove i pannelli non possono essere utilizzati o fissati senza danneggiare l'integrità di un edificio. La ditta afferma che il film rappresenta un decimo del peso dei pannelli tradizionali in telai - 1,8 kg/m² - non contiene terre rare o materiali tossici e dura 20 anni.  L’efficienza in laboratorio sembra collocarsi a circa il 13%, ma stabile quando le temperature aumentano alla luce solare naturale (questo è invece un problema con i pannelli solari tradizionali, sebbene possano funzionare con un'efficienza media del 15-18%). Il film organico raccoglie uno spettro di luce più ampio rispetto ad altri pannelli, afferma il produttore Heliatek, e lavora ancora nei giorni “grigi”.

Previsioni

Si prevede che l'energia prodotta potrà essere immagazzinata localmente, in una batteria per veicoli elettrici o potenzialmente in una batteria a volano, che può rilasciare rapidamente la sua carica. Per una casa e una macchina e pur vero che la risposta all'indipendenza energetica off-grid è un'ampia superficie in un piccolo spazio, per catturare la luce solare. Qualcosa sulla falsariga di un “albero solare” (come si sottolinea nell’articolo).

Pure è vero che i trasporti rappresentano il 23% delle emissioni di CO₂ del Regno Unito e il governo si è impegnato a porre fine alla vendita di nuovi veicoli a benzina o diesel entro il 2040. Ma, si può andare avanti solo sulla speranza che questi film organici, seppur migliorati, aiuteranno nella battaglia per fermare l'aumento dei livelli di CO₂ nell'atmosfera e il danno verso oceani sempre più acidi (ammesso che sia solo la CO₂ a determinarlo come causa primaria!). Le aziende desiderose di essere carbon-neutral hanno comunque reagito positivamente e il piano a medio termine di Solivus è di lanciare un'installazione di film su grandi proprietà commerciali e stadi nel Regno Unito nel 2021/22. La loro aspettativa è che un tetto di 10.000 m² fornirà circa 1 MW - abbastanza per alimentare un grande condominio. La società sta inoltre collaborando con il Graphene Engineering Innovation Center dell'Università di Manchester per vedere come meglio il grafene può svolgere un ruolo. Il grafene è un materiale 2D resistente con uno spessore di un solo atomo, che conduce in modo efficiente calore ed elettricità (vedi figura in basso).

Il passo successivo è più modesto: il tessuto solare è stato installato in un edificio agricolo, lasciato a un'azienda di scooter per la mobilità che deve caricare le batterie per la sua flotta. E il film è stato modellato in "archi" - unità con lati curvi e un'ampia superficie (vedi figura seguente), progettata per assorbire più luce senza la necessità di seguire il sole.

Si prevede che un'unità sarà un sistema da 1 kW (kilowatt) che fornisce 1.000 kWh (killowattora) ogni anno nel Regno Unito. I ricercatori dell'Università del Surrey stanno esaminando la reazione pubblica all'idea e al design. Il costo per i consumatori verrebbe in qualche modo facilitato con l'obiettivo di scendere al di sotto delle attuali bollette energetiche. Viene fatto notare che sebbene il concetto di fotovoltaico leggero sugli edifici sia "eccitante", perché apre nuove applicazioni per il solare, ci sono però ostacoli economici e pratici, poiché l'attuale mercato del fotovoltaico flessibile è una frazione di quello dei tradizionali pannelli solari rigidi, il che significa che i produttori di fotovoltaico flessibile non hanno le stesse economie di scala. Inoltre, si è visto che alcuni film solari flessibili hanno presentato problemi in cui l'acqua è penetrata attraverso il rivestimento, causando infine il degrado. E la tecnologia dominante nel fotovoltaico flessibile è stata con dispositivi realizzati con di-seleniuro di gallio, indio rame.

GRAFENE - Reticolo bidimensionale 

Commenti

In definitiva, nascono immediatamente alcune osservazioni:

1. Perché se questa tecnologia è pensata per le abitazioni e la mobilità non si può pensare di impiegarla (specie in ambiente cittadino!) per produrre direttamente idrogeno per via elettrolitica ed immagazzinarlo sia per usi di mobilità sia per usi domestici?

2. Nell’articolo il ruolo del grafene non appare molto chiaro (forse per motivi proprietari e riservatezza sui dati di base della ricerca), ma occorre ricordare che il grafene potrebbe essere anche impiegato per le sue capacità di trasformare calore in elettricità. In ogni caso si può pensare con il grafene di trasformare il futuro senza fare i conti con i processi energivori necessari alla sua produzione? Il costo del grafene è ancora molto elevato a causa dell’ingente consumo di energia necessaria per la sua produzione e si stanno cercando processi industriali capaci di abbatterli (vedasi anche https://www.icelscpa.it/flex/cm/pages/ServeBLOB.php/L/IT/IDPagina/99 ) visti anche gli effetti di scala non trascurabili.

Nonostante tutto, persiste l'idea di realizzare un albero solare, che appare ancora prematura, ma il viaggio verso un simile obiettivo di autosufficienza energetica "casalinga" è classificato nell'articolo come “in corso”. Forse sarà in grado di produrre energia con foglie di film organici, ma difficilmente potrà “sequestrare CO2” come fanno gli alberi che ci fornisce Madre Natura.

Dinanzi a tutto questo viene da pensare all'alta disoccupazione intellettuale diffusa in Italia, per esempio: a fisici che sono finiti a fare i coristi per il Teatro dell'Opera o operatori (magari "informatici"!) in qualche call center, come pure a tanti ingegneri o tecnologi che in ruoli tutt'altro che attinenti al loro profilo professionale si sono adeguati - a causa della disoccupazione e precarietà diffusa - ad un basso profilo professionale, privilegiando la stabilità in ruoli modesti (magari vicino casa e agli affetti!) piuttosto che una professione d'eccellenza (magari all'estero!), senza che ciò possa emergere in alcuna statistica.  Sembra opportuno sottolineare ancora una volta che se c'è una via (oltre la Provvidenza!) per contrastare il cambiamento climatico occorre puntare in modo straordinario sulla ricerca, prima di tutto mettendo al lavoro in ambienti opportuni chi ne ha le qualità e i titoli,  senza fare della loro precarietà e della necessità di lavoro uno strumento al servizio del profitto o peggio ancora del consenso o "affiliazione" politica  ( voto di scambio!).