Articoli con tag MIT

Le nuove frontiere delle celle bio-fotovoltaiche

Con il termine bio-fotovoltaico si indica generalmente un sistema fotovoltaico in cui, a partire da un insieme di sostanze di natura organica, si produce energia elettrica grazie a un meccanismo di fotosintesi. Per quanto teoricamente realizzabili, ad oggi i sistemi bio-fotovoltaici non hanno ancora superato la fase di laboratorio, in quanto presentano numerose difficoltà costruttive, scarsa ripetibilità dei procedimenti realizzativi e un rendimento non del tutto soddisfacente. Recentemente, un gruppo di ricercatori provenienti dal MIT (Massachusetts Institute of Technology), dall’Università del Tennessee e dalla Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ha teorizzato la possibilità di ricavare una quantità di energia elettrica non trascurabile a partire dalla membrana di un complesso proteico denominato Fotosistema-I (in inglese Photosystem-I  o PS-I). La strategia elaborata in questo studio prospetta una conversione di energia dello 0,1%, ancora troppo piccola per qualsiasi applicazione pratica, ma comunque 10.000 superiore rispetto a quelle indicata nelle precedenti pubblicazioni scientifiche.

Prosegui la lettura »

,

Nessun commento

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.

, , , ,

Nessun commento

Geotermia offshore: il progetto Marsili

L’energia geotermica è una forma di energia rinnovabile che deriva dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. La temperatura aumenta gradualmente con la profondità, secondo un gradiente geotermico che in media è di 3.3 °C/100 m (33°C/Km).

Per estrarre e usare il calore imprigionato nella Terra, è necessario individuare i serbatoi o giacimenti geotermici, ovvero  le zone dove il calore terrestre risulta maggiormente concentrato. Esistono diversi sistemi geotermici, ma attualmente vengono sfruttati a livello industriale solo i sistemi idrotermali, che sfruttano giacimenti di acqua piovana e fiumi che infiltrandosi in formazioni rocciose permeabili si scaldano a contatto con strati di rocce ad alta temperatura. Le temperature raggiunte variano dai 50-60 °C fino ad alcune centinaia di gradi. In alcune zone si possono presentare condizioni in cui la temperatura del sottosuolo è più alta della media per la presenza di fenomeni vulcanici o tettonici.

L’energia geotermica è rinnovabile e sostenibile, in quanto quando si sfrutta un sistema geotermico naturale, in cui la ricarica energetica avviene attraverso l’apporto al sistema di fluidi caldi in tempi comparabili allo sfruttamento, e l’impatto ambientale è in genere contenuto.

L’energia geotermica costituisce oggi meno dell’1% della produzione mondiale di energia. Tuttavia, uno studio condotto dal MIT (Massachusetts Institute of Technology) afferma che sfruttando adeguatamente il potenziale dell’energia geotermica, si potrebbe soddisfare il fabbisogno energetico mondiale dei prossimi 4000 anni.

Anche in Italia la fonte geotermica copre finora meno dell’1% dei consumi energetici complessivi; questa quota è dovuta unicamente allo sfruttamento dei campi geotermici della Toscana meridionale (Larderello, Monte Amiata) e non sono previsti sostanziali incrementi della produzione nel prossimo futuro.

Tra le numerose attività di ricerca nel settore geotermico, è da segnalare il progetto Marsili, il primo esempio al mondo di valorizzazione di Energia Geotermica sottomarina. L’obiettivo del progetto è produrre energia elettrica sfruttando il campo geotermico formato dal vulcano sottomarino Marsili, nel mar Tirreno meridionale.

Dal 2005 la società Eurobuilding S.p.A. ha avviato un’indagine ed una serie di studi sperimentali sul vulcano sottomarino Marsili con la collaborazione dei più importanti Istituti di Ricerca italiani nel campo della geotermia e delle scienze del mare (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Istituto di Geologia Marina del CNR di Bologna e Università di Chieti). I risultati hanno rivelato la presenza, all’interno del vulcano, di decine di milioni di metri cubi di fluidi ad alto contenuto energetico. Questi possono garantire, entro il 2020, una produzione annua di circa 4 TWh di energia elettrica (pari alla produzione di una centrale nucleare di media taglia), una quota che raddoppierebbe di fatto la produzione nazionale da fonte geotermica.  Secondo la tabella di marcia del progetto, entro il 2012 potrà essere realizzato il primo pozzo geotermico offshore della storia e la prima unità produttiva offshore potrebbe essere in funzione già nel 2015.

Il sistema di sostegno dei macchinari adibiti alla produzione di energia elettrica prenderà spunto dalle piattaforme in uso nell’industria petrolifera, con sostanziali modifiche e adattamenti in considerazione del peso delle unità produttive e della migliore stabilità nei confronti delle condizioni del mare, in modo da garantire il maggior numero di ore di produzione elettrica. Le tecnologie da attivare non necessitano di sperimentazioni particolari, essendo esse già note e tarate sulla terraferma. Prosegui la lettura »

, , , , , ,

Nessun commento

Sun-free: dal MIT il fotovoltaico che funziona anche senza sole

La maggior parte dell’energia comunemente utilizzata per usi civili ed industriali proviene dal calore, il quale viene convertito prima in energia meccanica e poi, eventualmente, in energia elettrica. Come è noto, durante i processi di conversione energetica vi è sempre una perdita di rendimento: in particolare i sistemi meccanici presentano un’efficienza relativamente bassa, e difficilmente possono essere scalabili alle dimensioni richieste dai dispositivi elettronici portatili.

I ricercatori dell’Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN) del MIT, guidati da Ivan Celanovic, hanno recentemente messo a punto dispositivi fotovoltaici particolarmente efficienti, in grado di convertire direttamente in energia elettrica non solo la radiazione solare, ma anche l’energia termica proveniente dalla combustione di idrocarburi, dal decadimento di radioisotopi o da qualsiasi altra fonte di calore.

La tecnologia utilizzata dai ricercatori del MIT si basa sell’effetto termofotovoltaico, utilizzato per la prima volta circa cinquant’anni con relativamente scarso successo, a causa delle scarse efficienze raggiunte dai prototipi. Ora il problema sembra essere stato superato grazie all’impiego di materiali speciali nanostrutturati, con proprietà ottiche particolarmente idonee a questo genere di dispositivi. La radiazione emessa dalla sorgente termica include infatti molte più lunghezze d’onda di quelle presenti nello spettro solare, il che consente di utilizzare per la costruzione delle celle diodi fotovoltaici specifici, i quali possono assorbire molta più radiazione infrarossa del  silicio comunemente utilizzato. Con una comune sorgente termica, tuttavia, la maggior parte del calore risulta dispersa, e l’efficienza globale del dispositivo rimane relativamente bassa. La soluzione identificata dai ricercatori del MIT prevede di utilizzare una sorgente termica che emette radiazioni solo della lunghezza d’onda che può essere assorbita e convertita in elettricità dal diodo fotovoltaico, con notevole miglioramento dell’efficienza totale del dispositivo.

Cristallo fotonico di tungsteno nanostrutturato

Cristallo fotonico di tungsteno nanostrutturato

Ciò è reso possibile da un materiale opportunamente progettato, un cristallo fotonico con superficie nanostrutturata con una serie di cavità regolari che agiscono come elementi di risonanza, e sono in grado di propagare la luce in maniera selettiva. Quando questo materiale – un cristallo di tungsteno con miliardi di cavità nanostrutturate – viene riscaldato, si genera un fascio di radiazioni di lunghezza definita. Prosegui la lettura »

, , , ,

Nessun commento

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.

Prosegui la lettura »

, , , , ,

Nessun commento

Batterie agli ioni di litio più prestazionali grazie a film di nanotubi di carbonio

Immagine TEM del film di nanotubi di carbonio

Immagine TEM del film di nanotubi di carbonio

Nelle comuni batterie agli ioni di Litio l’anodo è fatto sostanzialmente di carbonio, mentre il catodo è costituito da un ossido  metallico. Dal punto di vista teorico, è stato dimostrato che una batteria agli ioni di Litio con un elettrodo positivo (catodo) costituito da nanotubi di carbonio, grazie all’elevata superficie di scambio di questo tipo di materiale, potrebbe erogare una potenza dieci volte maggiore rispetto una batteria convenzionale, e accumulare cinque volte più energia di un comune ultracapacitore. Dal punto di vista tecnologico esiste tuttavia un grosso ostacolo che limita la fattibilità di questa soluzione: per costituire i nanotubi di carbonio è necessario infatti utilizzare un agente legante che provoca un drastico abbassamento della conduttività degli elettrodi. Recentemente i ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) hanno individuato un metodo che permette di ottenere uno strato denso ma poroso di film di nanotubi, senza la necessità di ulteriori fillers o riempitivi. Il processo sviluppato dal MIT utilizza due soluzioni acquose di nanotubi, una a carica positiva e la seconda a carica negativa, all’interno delle quali viene immerso alternativamente un comune substrato vetroso. Gli strati di nanotubi si legano insieme sulla superficie a causa delle cariche complementari, formando un film compatto ma poroso che, una volta riscaldato, può essere rimosso dal substrato ed utilizzato appunto come elettrodo per le batterie agli ioni di Litio. I ricercatori del MIT sono attualmente al lavoro su due fronti: velocizzare il processo così da renderlo competitivo con i comuni metodi di produzione, e sviluppare la tecnologia in modo da rendere possibile la deposizione degli elettrodi di nanotubi di carbonio direttamente sui circuiti integrati.

Fonte: Technology Review

, , ,

Nessun commento

Esperimento al MIT di Boston: etichette intelligenti per tracciare i rifiuti

Il MIT ha realizzato un dispositivo in grado di seguire il percorso della spazzatura dalla pattumiera in poi

Fonte: www.corriere.it

MILANO – Se le campagne tradizionali per la sensibilizzazione alla raccolta differenziata e al riciclaggio dei rifiuti non producono effetti positivi degni di nota, prova a scendere in campo la tecnologia. Un gruppo di ricercatori del MIT – Massachusetts Institute of Technology ha annunciato un progetto di mappatura dei rifiuti basato su speciali etichette elettroniche.

Trash Track

IL PROGETTO – Ogni tipologia di scarto avrà il proprio chip che monitorerà la vita dei rifiuti dal momento in cui finiscono nella pattumiera a quando vengono smaltiti definitivamente, seguendo passo dopo passo tutto il percorso dal cestino di casa fino alla discarica e oltre. Un tentativo, dunque, per rendere trasparente la catena di raccolta, sottolineando eventuali inefficenze nel sistema di smaltimento e riciclaggio. continua a leggere…

, ,

Nessun commento