Creato un “pannello solare” dal legno di balsa, e produce energia anche di notte

Cattura la luce, trattiene l’energia termica e la converte in corrente grazie a un generatore termoelettrico

Il mondo delle energie rinnovabili potrebbe presto vivere una importante rivoluzione grazie al lavoro di un gruppo di ricercatori cinesi. Gli scienziati, infatti, sono riusciti a creare una cella efficace non con i classici materiali ma con il legno di balsa. Stando a quanto pubblicato nello studio pubblicato sulle pagine di Advanced Energy Materials, i ricercatori avrebbero dato vita a una piattaforma capace di assorbire la radiazione solare, conservarla sotto forma di calore per poi rilasciarla in un secondo momento sottoforma di elettricità. Il nuovo materiale composito sarebbe progettato per lavorare ben oltre le ore di pieno irraggiamento: i ricercatori hanno costruito una struttura che trattiene parte di quel contributo e lo rende ancora utile quando la luce cala.

Come il legno viene riscritto dall’interno

Per ottenere questo risultato, il team è partito dalla struttura naturale della balsa, scelta per la presenza di microcanali allineati che possono guidare il calore e ospitare altri materiali. Il primo passaggio è stato la rimozione della lignina, componente che contribuisce a dare rigidità e colore al legno. Così i ricercatori hanno lasciato una matrice molto porosa, con una porosità superiore al 93 per cento secondo le sintesi tecniche disponibili. A quel punto hanno rivestito le pareti interne dei canali con fogli ultrasottili di fosforene nero, un materiale capace di assorbire luce nell’ultravioletto, nel visibile e nell’infrarosso e di convertirla in calore. Per evitare il rapido degrado del fosforene all’aria, hanno inserito anche uno strato protettivo basato su acido tannico e ioni di ferro.

Argento, protezione idrofobica e acido stearico

La progettazione del materiale prosegue con altri due tasselli decisivi. Il primo è l’aggiunta di nanoparticelle d’argento, impiegate per migliorare la cattura della luce. Il secondo è una finitura superidrofobica, utile a respingere l’acqua e a difendere il composito in condizioni esterne più dure. Una volta preparato lo scheletro della balsa, i ricercatori hanno riempito i canali con acido stearico, un materiale a cambiamento di fase di origine bio-based. Quando viene riscaldato fonde e immagazzina energia. Quando la temperatura scende, solidifica e restituisce il calore accumulato. In questo modo la radiazione solare raccolta durante l’esposizione continua a restare disponibile anche più tardi, e può essere sfruttata da un generatore termoelettrico collegato al sistema.

I numeri della prova sperimentale

Nei test di laboratorio il materiale ha raggiunto una efficienza fototermica del 91,27 per cento, cioè una conversione della luce in calore molto elevata. La capacità di accumulo termico è risultata pari a 175 kilojoule per chilogrammo. Quando il campione è stato collegato a un generatore termoelettrico, il sistema ha prodotto una tensione massima di 0,65 volt sotto irraggiamento standard “one-sun”, cioè il livello di riferimento comunemente usato nelle prove solari. Le fonti tecniche sottolineano inoltre che la conduzione del calore lungo la fibratura del legno risulta nettamente più efficiente rispetto ad altre direzioni, e proprio questa caratteristica contribuisce a portare l’energia termica verso il dispositivo di conversione.

Più resistenza contro fuoco e microbi

Il lavoro aggiunge un altro elemento utile per eventuali applicazioni reali. Oltre alla resa energetica, gli autori hanno testato il materiale rispetto a condizioni ambientali che spesso mettono in crisi le superfici esposte all’aperto. Nelle sintesi pubblicate viene riportato che il rivestimento ibrido migliora la sicurezza antincendio, riducendo del 27,4 per cento e del 31,2 per cento due parametri chiave legati al rilascio termico durante la combustione, HRR e THR. Gli autori segnalano inoltre una buona efficacia contro E. coli e Staphylococcus aureus, oltre a una migliore protezione contro l’umidità e il deterioramento biologico. Questo rende il materiale più interessante in vista di impieghi esterni, dove la stabilità conta quasi quanto il rendimento.

Che cosa cambia per l’energia solare

La parte più solida della ricerca sta nel fatto che il materiale non si limita a raccogliere luce. La assorbe, la trattiene e la rilascia in un secondo momento in forma utile. Questo approccio può aprire scenari in edilizia energetica, in piccoli sistemi off-grid, in superfici per la gestione termica e in dispositivi a basso consumo che hanno bisogno di fonti leggere e integrate. Siamo ancora in una fase sperimentale e le stesse fonti giornalistiche che hanno ripreso il paper segnalano che restano da chiarire costi, durata, produzione su larga scala e prestazioni in condizioni reali di esercizio. Però il segnale è chiaro. La ricerca sui biomateriali sta cercando di trasformare sostanze tradizionalmente passive in componenti intelligenti, capaci di lavorare dentro la transizione energetica con funzioni multiple.

Link utili:
Advanced Energy Materials