Archivio maggio 2011

Nuovi supercondensatori più sostenibili con elettrodi in biochar

Biochar

Bilancio di CO2 del biochar

Un team di progetto del Stevens Institute of Technology del New Jersey (US)  sta lavorando a un nuovo tipo di supercondensatore con elettrodi in biochar.

Uno degli ostacoli maggiori per la diffusione delle fonti rinnovabili è la scarsa disponibilità di sistemi di accumulo energetico economici e a basso impatto ambientale. Ad esempio, i supercondensatori – utilizzabili sia per le batterie delle automobili ibride/elettriche che per i sistemi di accumulo per fonti energetiche rinnovabili e intermittenti – presentano ancora costi molto alti, nonostante il tasso di crescita di questi dispositivi sia avanzato del 20% nell’ultimo anno.

La ragione di questi costi elevati è da ricercare soprattutto nel tipo di materiali impiegati per la realizzazione dei supercondensatori: essi, infatti, sono generalmente costituiti – oltre che da un separatore e da un elettrolita – da due elettrodi di materiale vario (es. alluminio) ricoperti di carbone attivo ad elevata area superficiale. In particolare, i carboni attivi necessari per gli elettrodi sono materiali costituiti prevalentemente da microcristalli di grafite,  trattati in modo da presentare una struttura porosa con una vasta area superficiale interna. Queste qualità microstrutturali conferiscono al carbone attivo le caratteristiche di un eccellente adsorbente. La produzione di carbone attivo può avvenire a partire da una vasta gamma di materiali, ma richiede necessariamente l’impiego di processi industriali con impatto ambientale non trascurabile.

Il Biochar, d’altra parte, rappresenta un materiale sostenibile e a buon mercato, in quanto si tratta in pratica di un carbone vegetale ottenuto come sottoprodotto dalla pirolisi di diversi tipi di biomassa vegetale. Di particolare interesse risulta la produzione di biochar a partire da residui/sottoprodotti agricoli: potature, stoppie di mais o grano, lolla di riso, mallo di mandorla, fogliame secco, ecc.

Il gruppo di lavoro del Stevens Institute of Technology Chemical Engineering, guidato dal Dott. Woo Lee, Professore di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali, ha progettato e realizzato un prototipo di supercondensatore con elettrodi ricoperti di biochar, dimostrando la fattibilità dell’impiego di questo materiale come alternativa al carbone attivo.

Il materiale utilizzato per il prototipo proviene dal processo di pirolisi di scarti di colture agricole e, grazie a un processo brevettato, non contiene metalli ed altre impurità. Il team ha stimato che i costi del biochar sono circa la metà di quelli del carbone attivo, anche perché si tratta di materiale derivante da un processo già comunemente utilizzato nella produzione di energia.

, , , , ,

Nessun commento

Reducing Nitrogen Oxide Emissions by Ammonia Selective Catalytic Reduction

Source: http://www.richhelms.ca

In the past decades the awareness of pollution due to engine exhausts has significantly increased. Emission standards formulated e.g. the Euro or TIER emission standards have gotten more and more stringent requiring the development of more efficient and new, innovative technologies.  This is true for both the Otto and Diesel engine. In particular, the Diesel engine has experienced strong criticism related to the emission of particulate matter and nitrogen oxides (NOx). With respect to the reduction of particulate matter emissions could be reduced using higher injection pressures and particulate filters. Concerning the reduction of NOx emissions mainly two catalytic technologies have found application, namely Lean NOx Reduction (LNR) and ammonia Selective Catalytic Reduction (SCR). Prosegui la lettura »

,

Nessun commento

La Comunità Europea investe sul grafene

La Commissione Europea ha lanciato un progetto pilota per una flagship sul grafene, una grande iniziativa scientifica ambiziosa e visionaria, della durata prevista di 10 anni con un investimento stimato in un miliardo di euro.

La flagship servirà ad ottenere innovazione tecnologica e sviluppo economico basati sulla tecnologia del grafene e di altri materiali bi-dimensionali.

Il Grafene, un foglietto monoatomico di atomi di carbonio, è probabilmente il materiale più stupefacente e versatile attualmente disponibile. Più resistente dell’acciaio, ma leggero e flessibile, il grafene conduce elettroni molto più velocemente del silicio. E’ inoltre un conduttore trasparente, con una combinazione eccezionale di proprietà ottiche ed elettriche.

Il grafene può potenzialmente dare inizio ad una nuova rivoluzione sostenibile basata sul carbonio, con impatto profondo nel settore dell’informatica e delle comunicazioni (ICT), e più in generale su vari aspetti della vita quotidiana.

Le sue proprietà uniche possono creare innovazione in svariati settori: nuovi prodotti elettronici trasparenti e flessibili; nuovi dispositivi per l’informatica; biosensori; supercapacitori per sostituire le batterie convenzionali; materiali compositi ultraleggeri per auto e aerei.

I primi esperimenti rivoluzionari col grafene, effettuati in Inghilterra nel 2004 da Andre Geim e Konstantin Novoselov, sono stati premiati con il Nobel nel 2010. Il loro lavoro ha generato un’esplosione di attività scientifica, dimostrata dalla crescita esponenziale di articoli scientifici e brevetti sul grafene. Prosegui la lettura »

, , ,

Nessun commento

Fotovoltaico a concentrazione: classificazioni e principali tecnologie

Nel precedente articolo abbiamo illustrato le caratteristiche della radiazione solare, introducendo così il principio sul quale si basano tutti i sistemi fotovoltaici a concentrazione, ovvero il tentativo di creare un sistema fotovoltaico in grado di massimizzare la raccolta dell’energia solare nella maniera più efficiente possibile. Vediamo adesso quali sono le principali tecnologie utilizzate dai costruttori di sistemi CPV per raggiungere questo scopo.

Innanzi tutto, un sistema fotovoltaico a concentrazione è composto fondamentalmente di tre parti:

  • ottica di focalizzazione, ovvero l’elemento che permette di concentrare la luce solare sul ricevitore, in genere costituito da lenti o specchi
  • ricevitore, cioè il componente che consente di catturare la radiazione solare per trasformarla in energia elettrica, e che comprende sia la cella fotovoltaica che il sistema di dissipazione del calore
  • inseguitore solare, sistema che garantisce al sistema il puntamento del sole in ogni istante, e può essere a singolo asse o a doppio asse.

I sistemi fotovoltaici a concentrazione possono essere classificati quindi in base a diversi parametri:

  • livello di concentrazione (basso,medio, alto)
  • ottica (rifrattiva, riflessiva)
  • sistema (point-focus, line focus, dense array, ecc.)
  • tipo di cella fotovoltaica (in silicio cristallino o a multigiunzione)
  • raffreddamento (attivo o passivo)
  • inseguimento (a singolo o a doppio asse).

Da quanto illustrato è facile intuire come i sistemi fotovoltaici a concentrazione presenti sul mercato e/o in fase di ingegnerizzazione possano essere molto differenti tra  loro, sia dal punto di vista costruttivo che da quello delle prestazioni energetiche.

Nella figura, a titolo di esempio, vengono rappresentate alcune possibili classificazioni dei sistemi CPV in base al fattore di concentrazione, all’ottica e al sistema di tracking.

classificazione CPV

Classificazione dei sistemi CPV (Courtesy of European Photovoltaic Technology Platform)

Nonostante l’intensa attività sperimentale del settore,  attualmente tutte le principali tipologie di sistemi a concentrazione esistenti sul mercato sono riconducibili, in linea generale, alle seguenti sei:

  • Point-Focus
  • Line-Focus
  • Dense Arrays
  • Micro Reflective Dishes
  • Specchi parabolici con filtri dicroici
  • V-trough Concentrators.

Nella tabella sono elencate le principali caratteristiche riguardanti ottica, ricevimento, raffreddamento e inseguimento per ciascun tipo di sistema.

Principali categorie di sistemi fotovoltaici a concentrazione CPV

Principali categorie di sistemi fotovoltaici a concentrazione CPV

Nei prossimi articoli affronteremo in maggiore dettaglio le caratteristiche tecnologiche dei sistemi CPV.

Articoli correlati:

, , ,

Nessun commento

Fotovoltaico a concentrazione – Il rapporto di concentrazione e le caratteristiche della radiazione solare

Con questo articolo iniziamo a trattare l’argomento del fotovoltaico a concentrazione, una tecnologia emergente con forti potenzialità di sviluppo.

Il principio su cui si basa la tecnologia del solare fotovoltaico a concentrazione, detto anche CPV (Concentration Photo-Voltaic), consiste nel focalizzare la radiazione solare su celle fotovoltaiche di dimensioni significativamente inferiori a quelle convenzionali, conseguendo vantaggi in termini di efficienza e di costi.

Radiazione Solare

Radiazione Solare

Il parametro che caratterizza l’intensità della concentrazione di un dispositivo di questo genere è il rapporto di concentrazione, espresso normalmente in numero di soli (indicati con X). Una superficie A colpita dalla radiazione solare può convogliare le radiazioni verso una superficie più piccola a tramite un dispositivo ottico: l’energia elettrica ricavabile è equivalente a quella della superficie più grande e il rapporto di concentrazione è definito appunto come A/a. Generalmente, quando il rapporto di concentrazione supera i 300X si parla di alta concentrazione.

È noto che non tutta la radiazione luminosa prodotta dal sole raggiunge la superficie terrestre: parte di essa viene riflessa nello spazio e parte viene diffusa in tutte le direzioni, producendo il caratteristico colore azzurro del cielo. La parte che raggiunge la superficie terrestre rappresenta circa il 55% del totale.

L’energia raccolta da un sistema fotovoltaico è direttamente proporzionale alla radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre, espressa in W/m2. Essa si distingue in diretta, diffusa e riflessa (o albedo): mentre la radiazione diretta colpisce una qualsiasi superficie con un unico e ben definito angolo di incidenza, quella diffusa incide su di essa con vari angoli. Quando la radiazione diretta non può colpire una superficie a causa della presenza di un ostacolo, l’area ombreggiata non si trova mai completamente oscurata, grazie al contributo della componente diffusa: questa osservazione ha rilevanza tecnica nel caso di quei dispositivi fotovoltaici che possono operare anche in presenza di sola radiazione diffusa, come i pannelli a film sottile. Una superficie inclinata può ricevere, inoltre, la radiazione riflessa da terreno, specchi (compresa l’acqua) o altre superfici orizzontali.

Le proporzioni di radiazione riflessa, diffusa e diretta ricevuta da una superficie dipendono:

  • dalle condizioni meteorologiche: in una giornata nuvolosa la radiazione è pressoché totalmente diffusa; in una giornata serena con clima secco, viceversa, predomina la componente diretta, che può arrivare fino al 90% della radiazione totale
  • dall’inclinazione della superficie rispetto al piano orizzontale: una superficie orizzontale riceve infatti la massima radiazione diffusa e la minima riflessa e la componente riflessa aumenta al crescere dell’inclinazione
  • dalla presenza di superfici riflettenti: il contributo maggiore alla riflessione è dato dalle superfici chiare, infatti la radiazione riflessa aumenta in inverno, per effetto della presenza di neve, e diminuisce in estate, per effetto di assorbimento di colori scuri quali quello dell’erba o dei terreno.

L’intensità della radiazione solare incidente su una superficie al suolo è influenzata dall’angolo di inclinazione della radiazione stessa. La posizione ottimale, in pratica, si ha quando la superficie è orientata a sud con angolo di inclinazione pari alla latitudine del sito. Al variare della località, inoltre, varia il rapporto fra la radiazione solare diffusa e quella totale, poiché all’aumentare dell’inclinazione della superficie di captazione diminuisce la componente diffusa e aumenta la componente riflessa. Per le località italiane, tuttavia, deviazioni di una decina di gradi rispetto all’inclinazione ottimale causano variazioni di energia raccolta dell’ordine di pochi punti percentuali. Nel nostro Paese la quantità di radiazione solare è influenzata, oltre che da questi fattori, anche dalla presenza del Mediterraneo e dell’arco alpino. Prosegui la lettura »

, , , , ,

Nessun commento