Articoli con tag fonti rinnovabili

Rapporto Tracking Clean Energy Progress 2014 IEA: le sfide del settore industriale

La International Energy Agency IEA ha recentemente pubblicato il rapporto Tracking Clean Energy Progress 2014, nel quale si esaminano i progressi ottenuti nello sviluppo e nell’applicazione delle tecnologie chiave per la produzione di energia pulita. Il rapporto parte dalle premesse delineate nello scenario di sviluppo Technology Energy Perspectives 2°C: per raggiungere un sistema energetico sostenibile a livello globale entro il 2050, è necessario che lo sviluppo delle tecnologie  chiave non si discosti in maniera sostanziale dagli obiettivi intermedi per il 2025 stabiliti dallo scenario stesso.  Il rapporto traccia quindi un quadro dettagliato di ogni tecnologia riferita a diversi settori (industria, costruzioni, trasporti, ecc.), evidenziando in casi in cui il relativo sviluppo è in linea con i target stabiliti e quelli in cui, al contrario, è necessario intraprendere azioni correttive.

Tendenze generali.

Per quanto riguarda lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili, dal rapporto emerge che la diffusione del solare fotovoltaico (PV),dell’ energia eolica  e dei  veicoli elettrici (EV) sono ancora in rapido aumento, ma i loro tassi di crescita stanno rallentando. D’altro canto, la crescita della produzione di energia elettrica ottenuta dal carbone è superiore a quella di tutti i combustibili non fossili combinati; la produzione di energia nucleare è stagnante; lo sviluppo delle tecnologie per la cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica (CCS) rimane troppo lento. Queste tendenze riflettono un insufficiente impegno politico e finanziario per la sostenibilità a lungo termine del sistema energetico globale.  Il rapporto Tracking Clean Energy Progress 2014 offre quindi raccomandazioni specifiche ai governi su come implementare l’adozione delle tecnologie chiave e favorire lo sviluppo di un sistema energetico sostenibile.

Le sfide del settore industriale.

Il settore dell’industria, secondo il rapporto, presenta alcuni progressi per quanto riguarda l’efficienza energetica, ma per rientrare nei target previsti dallo scenario il consumo di energia  dovrebbe essere tagliato del 25% e le emissioni dirette di CO2 del 17% entro il 2025.

Le raccomandazioni politiche espresse dall’IEA per rientrare nel target possono essere così riassunte:

  • Promuovere un’ampia applicazione delle migliori tecnologie disponibili (Best Available Tecnologies BATs) al fine di superare le sfide relative a lenta capacità di rotazione delle scorte, elevati costi di abbattimento,  fluttuazione della disponibilità delle materie prime. Al contempo, limitare i rischi di perdita di competitività legati al “carbon leakage”, ovvero il trasferimento delle attività produttive da paesi con stringenti  normative ambientali verso paesi non soggetti ad analoghe restrizioni sulle emissioni di carbonio.
  • Supportare adeguati programmi di ricerca e sviluppo al fine di portare alla maturità le nuove tecnologie a bassa emissione di carbonio in grado di incrementare l’impiego di materie prime di minor valore (es. biomasse da residui agricoli, rifiuti, ecc.); portare inoltre ad una fase di dimostrazione e sviluppo avanzata tutte le tecnologie emergenti che comportano una riduzione dei consumi energetici e delle emissioni di CO2, comprese le tecnologie CCS.
  • Promuovere la “technology capacity building” nelle economie emergenti, ovvero la capacità di raggiungere i propri obiettivi di sviluppo tecnologico ed economico in una maniera  sostenibile.

Il pdf del rapporto è scaricabile gratuitamente al seguente link.

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Crit entra nel progetto REEMAIN finanziato dalla Commissione Europea

Insieme all’azienda riminese Scm, leader mondiale nella produzione di macchine per la lavorazione del legno, CRIT lavorerà per promuovere l’efficienza energetica e le energie rinnovabili nei contesti manifatturieri di tutta Europa
Il progetto si svolgerà in quattro anni e comporterà investimenti per quasi 10 milioni di euro, di cui 6 saranno coperti dalla Commissione Europea. Nel corso delle attività progettuali, verranno messe in connessione competenze ed esperienze di eccellenza su processi di produzione, strumenti software di simulazione energetica, standard energetici e tecnologie di produzione e accumulo di energia da fonti rinnovabili, con lo scopo di sviluppare e una piattaforma per il miglioramento dell’efficienza, a livello industriale, nell’utilizzo di risorse energetiche.
Il progetto sarà diretto e coordinato dal centro di ricerca spagnolo Cartif, e vedrà la collaborazione di 16 partner provenienti da sette Paesi europei, tra cui, oltre le già citate Crit e Scm, l’Istituto Fraunhofer tedesco, la De Montfort University inglese, il consorzio di ricerca basco Ikerlan, l’Associazione Spagnola di Normazione e Certificazione (Aenor), e l’azienda tessile turca Bossa.

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Nuove batterie a flusso per stoccare l’energia delle fonti rinnovabili

New Lithium-Polysulfide Flow Battery (Stanford/SLAC)

New Lithium-Polysulfide Flow Battery (Stanford/SLAC)

I ricercatori della Stanford University e dello SLAC (laboratorio del DOE – U.S. Department of Energy) hanno progettato una nuova batteria economica e durevole che potrebbe consentire di incrementare l’apporto energetico delle fonti rinnovabili alla rete elettrica.

Secondo il Dott. Yi Cui, professore associato di scienza dei materiali alla Stanford University , per riuscire a sfruttare l’energia solare ed eolica in maniera più significativa è necessario sviluppare batterie efficienti, economiche  e riproducibili in larga scala, in grado di regolare le naturali fluttuazioni delle fonti energetiche rinnovabili.

Al momento, infatti, la rete elettrica non è in grado di tollerare le ampie e improvvise oscillazioni di carico causate da una massiccia presenza di fonti energetiche discontinue, come appunto le fonti rinnovabili. In sostanza, nel momento in cui l’energia eolica e quella solare arriveranno a contribuire in maniera determinante all’apporto di energia elettrica alla rete, il ruolo delle batterie diventerà fondamentale perché permetterà di smussare gli alti e bassi della disponibilità energetica offerta da queste fonti energetiche intermittenti.

Secondo il team guidato dal Dott. Cui, le batterie più promettenti per mitigare l’intermittenza delle rinnovabili sono le batterie a flusso (flow batteries), perché la loro capacità di accumulo energetico è facilmente modulabile tramite semplici accorgimenti costruttivi.  In particolare, il gruppo del Dott. Cui ha realizzato una nuova batteria a flusso che potrebbe rappresentare un’ottima soluzione per impieghi su larga scala, in quanto è caratterizzata da un design semplificato e relativamente economico.

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Stati Generali della Green Economy, a Ecomondo oltre 100 proposte concrete per un’economia verde

banner_stati_generaliSi è conclusa la prima fase di consultazione degli Stati Generali della Green Economy a cui ha partecipato anche Crit Research, assieme a migliaia di tecnici e addetti ai lavori e centinaia di giornalisti.  Numerose le proposte innovative emerse nel corso delle 8 Assemblee Programmatiche incentrate su temi individuati come strategici per lo sviluppo di un’economia verde in Italia.

Otto i Gruppi di Lavoro, dedicati ai settori ritenuti più importanti per lo sviluppo della green economy in Italia, che hanno organizzato momenti di incontro e di confronto per elaborare proposte e realizzare idee: “Sviluppo dell’ecoinnovazione”, “Sviluppo dell’ecoefficienza, della rinnovabilità dei materiali e del riciclo dei rifiuti”, “Sviluppo dell’efficienza e del risparmio energetico”, “Sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili”, “Sviluppo dei servizi ambientali”, “Sviluppo di una mobilità sostenibile”, “Sviluppo delle filiere agricole di qualità ecologica” e “Sviluppo di una finanza e di un credito sostenibile per la green economy”.

L’appuntamento ora è a Rimini nell’ambito di Ecomondo-Key Energy, il 7 e 8 novembre prossimi, dove sarà presentato un Programma per lo sviluppo di una green economy, quale contributo per far uscire l’Italia dalla crisi e raggiungere gli obiettivi principali che gli Stati Generali della Green Economy, composti dal Ministero dell’Ambiente e dalle 39 organizzazioni di imprese green, intendono realizzare: dare vita, nell’anno della Conferenza mondiale delle Nazioni Unite, Rio+ 20 dedicata alla green economy, ad un evento nazionale unitario delle numerose e diversificate imprese ed organizzazioni di imprese, riconducibili ad attività economiche con rilevante valenza ambientale, con l’ambizione di promuovere, insieme, un nuovo orientamento generale dell’economia italiana, una green economy, per aprire nuove possibilità di sviluppo, durevole e sostenibile. In secondo luogo quello di varare, col metodo dell’elaborazione partecipata, una piattaforma programmatica per lo sviluppo di una green economy che approfondisca la visione lanciata col Manifesto per un futuro sostenibile dell’Italia (www.manifestofuturosostenibile.it), con particolare riferimento al ruolo di una green economy per far fronte alle crisi economica ed ecologica-climatica, attraverso l’analisi dei potenziali positivi, degli ostacoli, nonché delle politiche e delle misure necessarie per lo sviluppo di un primo gruppo di settori strategici. Infine, promuovere le ragioni della green economy in un incontro e confronto con il Governo, le forze politiche, il mondo delle imprese e la società civile.

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Nuove membrane efficienti ed economiche per l’accumulo energetico

Un team di ricercatori della National University of Singapore’s – Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI), coordinato dal Dott. Xie Xian Ning, ha sviluppato un innovativo sistema di accumulo energetico a membrana.

Energy Storage Membrane (NUSNNI)

Energy Storage Membrane (NUSNNI)

Come è noto, 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. Il team della NUSNNI ha sviluppato a livello di laboratorio una membrana che non solo potrebbe rivelarsi una soluzione particolarmente economica ed efficiente per lo stoccaggio energetico, ma presenta notevoli vantaggi in termini di impatto ambientale. Per realizzare questa membrana nanostrutturata, morbida ed elastica, i ricercatori hanno utilizzato un polimero polistirenico. La membrana, se inserita tra due dischi metallici e caricata elettricamente, può stoccare fino a 0.2 farad per centimetro quadrato, un valore di capacità elettrica considerevole se comparato a quello tipico dei supercapacitori standard, che è di 1 microfarad per centimetro quadrato. Un altro vantaggio è che il costo di questo dispositivo è notevolmente basso, oltre dieci volte inferiore a quello delle tecnologie di stoccaggio basate sull’impiego di fluidi elettrolitici, come le batterie agli ioni di litio e i supercapacitori.

I ricercatori hanno dimostrato la validità del dispositivo a livello di laboratorio, e al momento stanno cercando finanziatori esterni in grado di avviare la fase di prima ingegnerizzazione. Tra i vari attori che stanno supportando la ricerca a livello economico, è da segnalare la Singapore-MIT Alliance for Research & Technology (SMART).

Superata la fase di ingegnerizzazione e sviluppo, la membrana potrebbe essere utilizzata in associazione a veicoli ibridi, pannelli solari e turbine eoliche, e in tutte quelle applicazioni in cui è necessario disporre di un dispositivo di accumulo energetico in grado di mitigare gli svantaggi e l’inefficienza causati dall’intermittenza delle fonti energetiche.

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Fotovoltaico a concentrazione: le celle solari utilizzate

In un sistema fotovoltaico a concentrazione il ricevitore è il componente che consente di catturare la radiazione solare per trasformarla in energia elettrica, e comprende sia la cella fotovoltaica che il sistema di dissipazione del calore.

I ricevitori dei sistemi CPV sono, in linea di massima, molto più sofisticati e costosi di quelli dei comuni sistemi fotovoltaici, ma il loro impiego è giustificabile in base a due considerazioni:

  • le comuni celle fotovoltaiche in Silicio non consentono di sfruttare tutto lo spettro solare (come visto in un precente post)
  • l’efficienza di una cella fotovoltaica migliora all’aumentare del fattore di concentrazione della luce solare (come già accennato qui).

Celle fotovoltaiche di diverso tipo in parallelo (A) e in serie (B)

Celle fotovoltaiche di diverso tipo in parallelo (A) e in serie (B)

In un ricevitore fotovoltaico le soluzioni che permettono di raccogliere al meglio la radiazione solare sono ottenute affiancando celle fotovoltaiche con diversi spettri di assorbimento. Tali celle possono essere disposte in parallelo (come nel caso dei sistemi a concentrazione dicroici), oppure in serie (come nel caso dei sistemi che utilizzano celle a multigiunzione).

Le celle a multigiunzione, basate sui composti del terzo e del quinto gruppo della tavola periodica, sono state originariamente sviluppate per l’aerospazio, e sono realizzate depositando in sequenza strati di semiconduttori di diversa composizione e spessore, con una tecnica epitassiale denominata MOCVD (Metalorganic Chemical Vapour Deposition). Le tre giunzioni, che convertono rispettivamente le diverse parti dello spettro solare, sono:

  • giunzione superiore in InGaP, che assorbe e converte la radiazione blu
  • giunzione intermedia in InGaAs, che converte in particolare la parte visibile
  • la terza giunzione inferiore in Ge, che converte la radiazione infrarossa.

Esse sono tra loro collegate in serie da diodi tunnel caratterizzati da una caratteristica corrente-tensione di tipo ohmico. Il sistema ottico abbinato a un ricevitore di questo tipo deve garantire soprattutto un ottimo puntamento della radiazione solare sulla cella, la quale presenta in genere dimensioni molto ridotte. Le tre giunzioni, inoltre, essendo collegate in serie elettricamente, devono essere ottimizzate e integrate in un sistema opportunamente progettato in modo da produrre all’incirca la stessa corrente di corto circuito, così da non penalizzare l’efficienza di conversione complessiva (cosa che potrebbe avvenire, per esempio, a causa del fenomeno della polarizzazione inversa).

Struttura di una cella solare a multigiunzione e raccolta selettiva dello spettro solare da parte di ciascuna giunzione

Struttura di una cella solare a multigiunzione e raccolta selettiva dello spettro solare da parte di ciascuna giunzione

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Convertitori per minime differenze di carico idrostatico: verso lo sfruttamento di una nuova risorsa energetica rinnovabile

Convertitore energetico per minime differenze di carico idrostatico

Convertitore energetico per minime differenze di carico idrostatico

La creazione di un convertitore di energia per fiumi o corsi d’acqua con differenze di carico idrostatico ridotte è una novità che potrebbe a breve permettere di accedere a un’importante risorsa energetica ancora non sfruttata nel settore dell’energia idroelettrica. È stato stimato infatti che solo in Germania vi sia un potenziale idroelettrico di 500 MW con differenze di carico idrostatico inferiori a 2 m, che però non si può sfruttare data la mancanza di una tecnologia di conversione conveniente ed ecologicamente accettabile.

Il consorzio composto da undici partner (sette università e quattro PMI provenienti da cinque Paesi europei) del progetto HYLOW (Hydropower converters with very low head differences), ha pensato di mettere a punto un sistema di conversione in grado di sfruttare anche differenze di carico idrostatico minime (fino a 2,5 m), ovvero il livello tra la parte superiore della diga di un fiume e la parte sottostante.

Il progetto sta sviluppando tre diversi convertitori di energia:

  • Un convertitore di pressione idrostatica per differenze di carico idrostatico minime, che producono energia da 50 a 750 kW. I livelli di acqua presenti in queste situazioni in genere sono molto bassi, il che rende inutilizzabili a questo scopo le turbine e i convertitori di energia tradizionali: il consorzio ha quindi creato un proprio modello, formato da una ruota di grande raggio con pale verticali che verranno posizionate presso la diga. Le prove su modello hanno prodotto un’efficienza energetica iniziale dell’83%, e si sta attualmente lavorando sulla costruzione di ulteriori modelli in media e larga scala.
  • Un convertitore di energia a corrente libera per fiumi e correnti di marea con velocità tra 1 e 2 m al secondo e che producono energia fino a 500 kW. I primi modelli di questo tipo sono già stati costruiti e testati, con risultati positivi.
  • Un convertitore di energia per condotte idoneo a sfruttare differenze di pressione estremamente ridotte. Un modello su larga scala per le micro-turbine per differenze di pressione inferiori a 200 kPa nelle condotte verrà completato entro la fine del 2010.

Data la semplicità costruttiva di questi convertitori di energia, è auspicabile che essi vengano rapidamente adottati dalle imprese locali e prodotti su larga scala. Si ritiene che il potenziale energetico di questi convertitori possa arrivare a 3-6 GW, e possa quindi contribuire in modo significativo all’obiettivo dell’UE di aumentare la percentuale di energia rinnovabile.

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Celle solari flessibili, il futuro del fotovoltaico efficiente.

La produzione di energia elettrica dalla luce del sole attraverso celle fotovoltaiche sta godendo negli ultimi anni dell’aumento degli investimenti, sia in ambito industriale che nella ricerca. Il punto chiave resta il costo per watt dell’elettricità prodotta. Oggigiorno esistono molte possibili soluzioni riguardo alla scelta dei materiali da impiegare nella produzione delle celle solari, ma il costo del trattamento per unità di superficie può scendere ancora molto al di sotto di quello attuale.

Mentre la maggior parte dell’attuale produzione di celle solari si basa sull’utilizzo di wafer di silicio cristallino o policristallino, il futuro del fotovoltaico è nello sviluppo di nuovi processi produttivi a basso costo per la realizzazione di dispositivi nanostrutturati a film sottile, che permettano di raggiungere efficienze altissime (circa 50%). Negli Stati Uniti e in Europa si sta lavorando in questa direzione.

Harry Atwater, professore al Caltech (California Institute of Technology), afferma che il modo per rendere le celle solari competitive con i combustibili fossili è quello di renderle sottili e flessibili. Il loro potenziale risiede nella possibilità di ridurre sensibilmente le spese di trasporto e di installazione, oltre alla maggiore facilità di integrazione sulle facciate e sui tetti degli edifici.

I ricercatori del Caltech hanno creato un nuovo materiale destinato alla realizzazione dei pannelli solari di nuova generazione che potrebbero sostituire le tradizionali celle fotovoltaiche.

Struttura degli elementi di intrappolamento della luce che ottimizzano l’assorbimento della luce della cella realizzata presso il Caltech.

Attualmente esistono due tipologie principali di celle fotovoltaiche: le celle rigide in silicio, molto efficienti, ma anche costose da realizzare e relativamente fragili; le celle a film sottile, molto a buon mercato rispetto alle prime, ma non così efficienti. Il nuovo materiale sviluppato dal gruppo di ricerca americano può potenzialmente colmare il gap tra le tradizionali celle in silicio (efficienti ma molto costose) e le più moderne celle a film sottile (relativamente a basso costo ma poco efficienti), permettendo la realizzazione di celle fotovoltaiche con bassi costi di produzione, ma che garantiscano un’efficienza prossima a quella dei tradizionali pannelli a base di silicio. A differenza dei pannelli solari rigidi, i pannelli solari flessibili non hanno bisogno di essere protetti da telai rigidi. In questo modo, occupando molto meno spazio, si riducono drasticamente i costi di trasporto. Sono anche più leggeri, il che li rende più facili da installare. La cosa che finora ha rallentato la diffusione delle celle solari flessibili è che di solito non sono molto efficienti rispetto alle tradizionali celle solari in silicio cristallino.

Atwater ha di recente mostrato un nuovo modo per utilizzare materiali ad alta efficienza nella produzione di celle solari flessibili. Questa nuova tecnica consiste nell’accrescimento del silicio cristallino sottoforma di sottili fili su wafer quadrati di silicio rivestiti con un sottile strato di metallo che funge da catalizzatore, e poi nello staccare letteralmente il film plastico creatosi come se fosse un sottile pezzo di gomma. Il prodotto finale è un sottile pezzo di polimero flessibile con una serie di fili di silicio all’interno. Si tratta principalmente di materia plastica con una piccola percentuale di silicio (2% silicio, 98% polimeri).

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Celle solari auto-rigeneranti

Un gruppo di ricercatori del MIT (Massachussetts Institute of Technology), guidati dal prof. Michael Strano, ha pubblicato lo scorso 5 settembre 2010 sulla rivista Nature Chemistry, i risultati di un’interessantissima ricerca che li ha condotti a realizzare la prima cella fotovoltaica in grado di auto-rigenerarsi.

Cella solare auto-rigenerante

Il prototipo di cella messo a punto dal gruppo di ricerca guidato dal Prof. Michael Strano, MIT. Credit: Patrick Gillooly

L’idea del prof. Strano è nata dall’approfondimento della biologia delle piante: esse, infatti, ogni giorno fanno esattamente ciò che scienziati e ingegneri di tutto il mondo hanno cercato di sviluppare per decine di anni, ovvero convertire la luce del sole in energia, e ripetono questo processo in modo efficiente ed affidabile giorno dopo giorno, anno dopo anno per tutta la durata della propria vita. Uno dei problemi fondamentali per tutti i sistemi che sfruttano l’energia solare è il fenomeno di degradazione che i raggi del sole inducono, in maniera più o meno progressiva, sulla quasi totalità dei materiali. Proprio dall’osservazione delle piante, che invece non risentono di questo problema, è nata l’ispirazione che ha dato il via all’attività dei ricercatori del MIT: le piante, infatti, rompono le molecole responsabili del fenomeno di assorbimento della luce, riproducendole continuamente così da mantenere inalterata l’efficienza di assorbimento del sistema. Basti pensare che, come riporta il prof. Strano, la foglia di un albero ricicla le sue proteine, responsabili dell’assorbimento della radiazione solare, circa ogni 45 minuti: si tratta di un vero e proprio meccanismo di auto-rigenerazione delle celle.

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Nel 2050 il mare fornira’ il 15% della domanda di energia

Pubblicata la Road Map Europea dell’Energia Oceanica 2010-2015

Fonte immagine: Flickr

Sfruttare la forza del mare per produrre energia è ormai realtà. In Europa una serie di progetti pilota già operativi indicano la strada per sfruttare la forza delle maree, delle correnti, delle onde. E sono proprio queste ultime che offrono il maggior potenziale energetico delle acque comunitarie.

La Road Map Europea dell’Energia Oceanica 2010-2050, pubblicata dall’Associazione Europea dell’Energia Oceanica, traccia un quadro della situazione di un settore che potrebbe seguire come evoluzione quello dell’eolico offshore. Secondo le proiezioni della studio politiche adeguate di sostegno, sia nell’aiutare lo sviluppo del settore sia eliminando ostacoli di carattere tecnico e pratico, potrebbero portare ad un impennata nella produzione di energia marina dal 2020 al 2050. La potenzialità è di passare da 3,6 GW, previsti nel 2020, a 188 GW nel 2050 con installazioni lungo le coste dell’Oceano Atlantico del Mare del Nord e del Mediterraneo. Un tale sviluppo permetterà di soddisfare il 15% del consumo energetico europeo pari ad un valore di 15 miliardi di euro l’anno. Sul fronte occupazione l’evoluzione del settore dell’energia marina potrebbe garantire, tra quarant’anni, 470.000 nuovi posti di lavoro.

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