I dispositivi di accumulo di energia, più convenzionalmente noti a tutti come ‘batterie’, specie quelli in grado di fornire elevate potenze, hanno molteplici applicazioni nella vita di tutti i giorni, dai pc portatili, ai telefonini, fino ad arrivare ai veicoli ibridi e pure nelle energie rinnovabili.

Per questa ragione, un’équipe di scienziati dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan (UNIST), in Corea, sta lavorando da tempo allo sviluppo di una batteria agli ioni di litio con capacità di ricarica in tempi brevissimi: secondo i primi dati sperimentali, la nuova batteria si ricaricherebbe da 30 a 120 volte più velocemente rispetto a quelle agli ioni di litio ‘tradizionali’ già in circolazione sul mercato.

Una valida alternativa futura alle tradizionali –e inquinanti- batterie potrebbero presto diventare le celle combustibili a metanolo diretto. Non solo più efficienti ma in grado anche di caricare un auto elettrica come un pc portatile.

L’innovazione è ‘firmata’ Università della California in collaborazione con la Nasa. A spiegare come funzioneranno ci pensa la casa produttrice, la Direct Methanol Fuel Cell Corporation, la quale per il momento si occupa di cartucce usa e getta prodotte proprio con il metanolo. 

Ma l’intenzione è quella di rivolgersi a tutto il mercato dei dispositivi a batterie, compreso quello dei cellulari e portatili.

Parliamo di Internet Economy, il settore produttivo più fiorente del momento, il settore produttivo che ha cambiato le nostre abitudini quotidiane e ampliato notevolmente le nostre capacità di interagire. Nell’ultimo ventennio sono comparsi sulla scena nuovi attori, Microsoft, Apple, Google, Amazon, Facebook, Oracle, aziende che commerciano in apparecchiature elettroniche, commerciano in “byte” che sono lontani anni luce dai metalli pesanti, dal petrolio e derivati che hanno invece scandito la storia economica del XX secolo.

Gli strumenti digitali sono meno ingombranti delle vecchie, pesanti e mastodontiche macchine industriali. In molti sostengono che siano anche decisamente meno inquinanti, posizione che ora viene però confutata da un’indagine realizzata dal New York Times in collaborazione con la società di consulenza McKinsey. Un anno di ricerche hanno portato la testata ad argomentare accuse decise nei confronti delle aziende impegnate nel settore informatico. Aziende che bruciano enormi quantità di energia per trasferire dati a milioni di utenti, circa 30 miliardi di watt di elettricità a livello mondiale, quanto l’energia prodotta da 30 centrali nucleari.

Il cartone animato Braccio di Ferro ci ha insegnato, in maniera ludica, quale possa essere il potere nutritivo degli spinaci. Ma che queste erbe potessero divenire una sorgente utile e pulita per la produzione di corrente elettrica nessuno avrebbe mai potuto immaginarlo, eccezion fatta forse per un team di ricercatori americani.

I ricercatori della Vanderbilt University sono partiti da un punto fermo: gli spinaci contengono la Photosystem1, una proteina foto-sintetica capace di convertire la luce in energia elettrochimica. Una serie di esperimenti ha permesso di mettere a punto una tecnica capace di combinare la proteina in questione con il silicio, materiale presente nelle celle solari.

Il problema degli impianti eolici e solari – pur aumentando l’efficienza – è sempre il solito, la mancanza di continuità. Infatti le pale di una turbina eolica non possono girare tutto il giorno, se non c’è abbastanza vento, né i pannelli solari possono accumulare energia in modo veramente soddisfacente se è nuvoloso.

Per avere comunque energia in modo continuo, anche quando l’impianto non è a regime (manca il sole o il vento per capirci), tutta l’energia prodotta in eccesso nei momenti di “buona” dovrebbe poter essere accumulata e per questo la ricerca si è indirizzata verso il miglioramento della capacità di batterie e accumulatori che però nella maggior parte dei casi funzionano a temperature elevate rendendone l’utilizzo diseconomico.

Quando si pensa ai pannelli solari, viene in mente un’estensione di rettangoli neri che coprono le superfici, oscurando tutto quello che si trova al di sotto. Queste però sono le tradizionali celle fotovoltaiche. Ora però, esistono, grazie all’evoluzione della tecnologia in questo ambito, anche i “vetri fotovoltaici”.

Si tratta di veri e propri pannelli trasparenti perché utilizzano il vetro come base, lasciando così passare la luce e potendo ricoprire superfici vetrate come lucernari, tetti e facciate. L’edificio ci guadagnerà in risparmio energetico e in illuminazione naturale e diventerà produttore “in proprio” e in maniera autonoma di energia!

Fornire energia elettrica all’ambiente domestico sfruttando un sistema di celle alimentate da combustibile a idrogeno. Non è fantascienza ma pura realtà, già sperimentata nelle abitazioni di paesi come il Giappone. Della grandezza di una valigia. il sistema è posto nelle immediate vicinanze di un serbatoio che funge da boiler. Nel processo di produzione di energia elettrica le celle combustibili emanano calore e questo è sufficiente a riscaldare l’acqua per l’intera casa.

L’ossigeno utilizzato dalle celle a combustibile proviene dall’aria, mentre l’idrogeno viene estratto dal gas naturale attraverso un dispositivo. Ma uno dei sottoprodotti della combustione è molto velenoso e tristemente noto per i tragici incidenti che ha provocato: il monossido di carbonio.

Flessibile, sottile, resistente, trasparente, impermeabile, poco costoso e sostenibile. Stiamo parlando del grafene, il materiale del nuovo millennio che ha radici antiche che affondano nella nostra quotidianità. La storia degli uomini è fatta di scoperte e, di tanto in tanto, un nuovo materiale o elemento chimico apre le porte a nuove sperimentazioni. Dalla consegna del premio Nobel per la Fisica ad Andre Geim e Konstantin Novoselov nel 2010, la ricerca non si è fermata e nuove scoperte fanno ben sperare sulle future applicazioni del pronipote della grafite.

DALLA GRAFITE AL GRAFENE

La scoperta e il Nobel
La grafite è un minerale che si presenta in natura sotto forma di masse fogliacee o lamine di colore nero. La sua struttura atomica è costituita da atomi di carbonio che formano un reticolo di celle esagonali a strati ed ogni strato è legato agli altri attraverso le forze di Van der Waals. La sua temperatura di fusione è la più alta in natura (fonde a 3500 °C) ed è un ottimo conduttore di elettricità e calore. 
Il grafene è un materiale ottenuto in laboratorio dall’esfoliazione della grafite ed è costituito da uno strato monoatomico di carbonio, organizzato secondo una struttura cristallina a celle esagonali. Il suo ridottissimo spessore di 0,3 nanometri ci permette di definirlo un materiale bidimensionale.

Il  mercato dei materiali isolanti offre una vasta scelta, che spesso costringe gli addetti ad essere a lungo indecisi sul prodotto da preferire ad un altro. Se si considera che tutti i materiali isolanti presentano dei pregi in relazione alle diverse applicazioni, ne consegue che tali scelte, naturalmente, sono intimamente connesse all’utilizzo che di un determinato materiale si intende fare. Alcuni presentano valori più elevati di conducibilità, altri sono ottenuti da prodotti di origine naturale, altri ancora sono insensibili all’umidità ed all’acqua.

Poiché nella costruzione di un singolo edificio diversi sono i materiali a cui si ricorre, la scelta di uno specifico materiale è condizionata da differenti fattori, come l’uso a cui l’edificio stesso è destinato, quindi il tipo di costruzione che si intende realizzare, non da ultime le preferenze del progettista e del committente. L’innovazione tecnologica svolge un ruolo determinante nello sviluppo dei materiali, soprattutto perché si possono ottenere valori di conduttività termica estremamente prestanti con ridottissimi spessori.

In tempi di crisi come questi fa sempre piacere constatare che qualche settore, non solo non ha subito danni, ma che addirittura si sta espandendo molto intensamente. E’ il caso dei pagamenti su mobile. Secondo una ricerca di Gartner i pagamenti su mobile beneficeranno di una crescita del 61,9% rispetto allo scorso anno. Inoltre, entro il 2016, il settore conterà su un fatturato di 617 miliardi di dollari, generato grazie a 448 milioni di utenti attivi. Un enorme balzo in avanti, se si confrontano queste cifre con quelle del 2011: 106 miliardi di fatturato contro e 160 milioni di utenti attivi. Ad ogni modo, anche per il 2012 è previsto un piccolo boom: i numeri in questo caso palano di un fatturato di 171 miliardi e di utenti attivi nell’ordine dei 212 milioni.