Per fare le celle fotovoltaiche ci vogliono gli alberi. Potevamo pensarci prima, no?

"Ho pensato che gli alberi fossero una bolgia di rami aggrovigliati, ma ho notato una sorta di modello nel modo in cui i rami degli alberi sono cresciuti. Ho fatto delle foto dei rami di diverse specie di alberi e il modello è diventato più chiaro".

C'è chi come Aidan Dwyer, tredicenne americano, scrittore di questo incipit, ha pensato di ispirarsi alla forma dei rami delle piante per costruire un modello di albero fotovoltaico, in grado di produrre tra il 20 e il 50% di energia in più rispetto ai pannelli tradizionali. C'è chi invece abbandona la mera immaginazione e sperimenta i pannelli fotovoltaici organici fatti con gli alberi.

CHE COSA SI INTENDE PER CELLE ORGANICHE?

Il settore dei pannelli solari organici (o anche chiamati pannelli solari naturali) comprende tutti quei dispositivi la cui parte fotoattiva è basata sui composti organici del carbonio

Funzionamento della struttura di una cella organica

(Funzionamento della struttura di una cella organica)

La struttura base di una cella fotovoltaica organica (anche chiamata cella di Grätzel, o fotoelettrochimica, o DSC)  è molto semplice e sfrutta un principio simile a quello della fotosintesi clorofilliana, per la produzione di energia. La cella organica è composta da un substrato, generalmente in vetro o anche in plastica flessibile, e, al posto del tradizionale silicio vengono inserite una o più sottilissime pellicole di ossido di titanio, (materiale foto attivo e certamente eco-compatibile che si trova in innumerevoli prodotti di uso quotidiano) frapposte tra due elettrodi conduttivi. L'ossido di titanio, sensibilizzato da un colorante o pigmento vegetale della frutta, come le antocianine derivate dai frutti di bosco, ad esempio il mirtillo, sia i polimeri, sia le molecole sintetizzate, agisce da materiale capace di assorbire la luce.

LE CELLULE SOLARI PRODOTTE A PARTIRE DAGLI ALBERI

L'ambizione della ricerca per questa tipologia di fotovoltaico è difatti giunta a sperimentare una cella solare all'insegna della bio-eco-compatibilità. Considerando gli alberi elementi della natura estremamente utili e indispensabili, i ricercatori del Georgia Institute of Technology, in collaborazione con la Purdue University, hanno pensato di studiare e ideare un progetto che avesse come fulcro una cella fotovoltaica e che proprio da questi magnifici esemplari naturali potesse derivare.

Oltre ad essere completamente riciclabile, in quanto il materiale è ricavato da alberi o altri tipi di piante, la cella solare organica in questione, si basa su un substrato realizzato con nanocristalli di cellulosa. Comportandosi come in un naturale funzionamento di una foglia, questo strato, permette alla luce di filtrare, per poi essere assorbita da un semiconduttore organico dello strato sottostante. Questa cella fotovoltaica garantisce la resa più alta mai raggiunta da una tipologia realizzata con i materiali rinnovabili e naturali.

Struttura cella organica prodotta a partire dagli alberi

(Struttura di una cella organica prodotta a partire dagli alberi)

Le celle possono anche essere trasparenti, consentendo, quindi l'impiego in impianti di ampie superfici, come cofani, tetto e portiere delle automobili, così come i vetri delle finestre nelle case, senza avere un impatto estetico negativo. La natura liquida nella quale si presentano i materiali fotovoltaici organici permette loro di essere impiegati in vari campi, come per esempio l'industria della stampa. Inoltre, i nanocristalli cellulosici sono biodegradabili in acqua a temperatura ambiente ed entro pochi minuti, così che il processo di riciclaggio diventa più semplice e poco nocivo.

LE CELLE ORGANICHE: GLI STUDI MADE IN ITALY

In Italia esiste un polo sperimentale all'avanguardia nella produzione dei pannelli naturali, il Polo Solare Organico della Regione Lazio (CHOSE da Center for Hybrid and Organic Solar Energy) nato dal connubio tra l'Università di Tor Vergata di Roma e la Regione Lazio.

VIDEO - DISCUSSIONE CON GLI STUDENTI DELL'UNIVERSITÀ  DI TOR VERGATA SULLE CELLE ORGANICHE

PROBLEMATICHE DELLE CELLE ORGANICHE DERIVATE DAGLI ALBERI

Questo sistema naturale molto economico e riciclabile, tuttavia, presenta alcune problematiche, una delle quali è relativa ai coloranti usati: le celle, infatti, sono soggette a degrado se esposti al calore o alla luce ultravioletta. Nonostante ciò si tratta di una tecnologia emergente che ha ancora tanta strada da fare e l'inserimento all'interno del mercato è previsto entro 10-15 anni. Tuttavia il professor Bernard Kippelen, responsabile del gruppo di ricerca, ribadisce il concetto da cui parte tutta la sperimentazione, ovvero che "Le celle solari organiche devono essere riciclabili. In caso contrario, riusciremmo a risolvere solo un problema, quello della dipendenza dalle fonti fossili, ma ci troveremmo con un sistema di produzione dell'energia che non è facilmente smaltibile alla fine del proprio ciclo di vita".

Un altro ostacolo è inerente all'efficienza della cella organica derivata dagli alberi circa la capacità di conversione della luce solare, la quale raggiunge appena il 2,7%, tuttavia, come dicevamo prima, proprio perché il sentiero percorso è ancora all'inizio, i ricercatori sono molto ottimisti e credono di poter migliorare la resa e superare il 10%, rendendo, così le nuove celle derivanti dagli alberi, competitive con quelle tradizionali.

Il vero rovescio della bella medaglia consiste nel fatto che le celle derivanti dagli alberi (ma in generale tutte quelle organiche) sono degradabili quando vengono immersi in acqua e, sebbene per le altre problematiche il tempo può porvi rimedio, per la degradabilità non sembra, per il momento, esserci una contromisura valida e ciò va aggiunto al fatto che il processo di fabbricazione fa pesante uso di agenti chimici.
Il miraggio di un fotovoltaico al 100% ecocompatibile sembra quasi allontanarsi nel tempo.

AutoreDott.ssa Sara Tomasello

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