I nanotubi sostituiranno i pannelli fotovoltaici in silicio nelle future smart city?

Nell'era in cui anche lo schermo dello smartphone diventa interamente fotovoltaico, sfruttando le superfici lenticolari semicilindriche, nell'ottica della smart city non poteva scappare l'occasione per una rivincita.

L'ambiente urbano si mostra sempre di più propenso al risparmio energetico ed i pannelli solari costituiscono un elemento indispensabile per giungere ad un completo sfruttamento delle energie rinnovabili. Ma la ribalta delle smart city proviene da un'attenta ricerca svolta sui nanotubi di carbonio: essi, infatti, possiedono caratteristiche sorprendenti che li rendono buoni alleati del green.

(Immagine rappresentativa di una smart city - Photo by Genitron)

CHE COSA SONO I NANOTUBI?

La scoperta dei nanotubi si fa risalire ad epoche remote, ma molti studiosi contemporanei, come il chimico americano Richard E. Smalley, o il ricercatore giapponese Sumio Iijima, dell'industria  elettronica NEC Corporation, hanno contribuito a studiarne le caratteristiche peculiari.

I nanotubi si presentano come strutture di forma cilindrica, avente un diametro compreso tra un minimo di 0,7 nm e un massimo di 10 nm e derivano dalle strutture sferiche degli atomi di carbonio, a seguito di un rilassamento.  Vari studi hanno dimostrato che il nanotubo, in base a numerosi fattori, tra i quali la forza dei legami atomo-atomo e l'assenza di difetti strutturali nel reticolo, può essere impiegato come ottimo conduttore di energia. Proprio l'assenza di difetti all'interno della struttura di un nanotubo lo rende il materiale organico più resistente e grazia alla sua flessibilità, un corpo sensibile ai campi elettrici.

(Esempi di struttura di nanotubo)

Dicevamo che i nanotubi sono estremamente conducibili e ciò dipende dalla loro geometria. La grandiosa scoperta consiste nel fatto che gli elettroni posso tranquillamente attraversare il nanotubo senza scaldarlo e proprio ciò li rende alleati, se non sostituti del silicio, per quanto riguarda i moduli fotovoltaici, raggiungendo i 1000 GHz e permettendo di catturare anche i raggi infrarossi.

L'IMPIEGO DEI NANOTUBI PER I MODULI FOTOVOLTAICI

Le strutture di nanotubi di carbonio, che sottoposti ai raggi solari risultano trasparenti, potrebbero essere sovrapposte ai moduli in silicio, dando vita a pannelli in grado di impiegare l'intero spettro solare, per produrre energia pulita. Grazie a questa capacità dei nanotubi, circa il 40% in più dell'energia solare riuscirebbe ad essere garantita, poiché è tale la percentuale di raggi infrarossi con i quali viene colpita la terra. I nanotubi, dunque sarebbero capaci di assorbire una quantità di energia pari a 8 volte rispetto a quella assorbita da pannelli fotovoltaici di ordinario impiego e ciò creerebbe, da una parte, la possibilità di ridurre le dimensioni degli impianti e, dall'altra, di potenziare quelli già esistenti.

(Esempi di moduli con nantubi in carbonio)

Anche i costi degli impianti verrebbero dimezzati poiché, grazie alle peculiari caratteristiche, i moduli in nanotubi di carbonio non necessitano di lenti particolari per convogliare i raggi del sole e, di conseguenza, aumentare la quantità di energia assorbita dai pannelli fotovoltaici convenzionali.

Ma fino a qui il nuovo consiste in ben poco. La nuova e strabiliante scoperta, che permetterà un uso mirato e più consapevole dei nanotubi per la costruzione dei pannelli solari di nuova generazione, deriva dallo studio di alcuni ricercatori danesi e svizzeri, che hanno calcolato, con precisione, la quantità di energia assorbita dai nanotubi.

Insomma le nanotecnologie aprirebbero le porte verso un impiego più produttivo ed efficiente di energia solare, continuando a mostrare interessanti e rivoluzionarie proprietà fino ad ora sconosciute, cosicché il futuro del fotovoltaico sembra sempre più nanoscopico che mai.

RISCHI PER LA SALUTE E PROBLEMATICHE DI ATTUAZIONE

Di certo gli studi e le ricerche sui nanotubi hanno tanta strada da fare, soprattutto per ciò che riguarda la possibilità di rischi per la salute, dovute all'ingestione o all'inalazione di nanotubi.
Su cavie animali, infatti, è stato dimostrato che alcune tipologie di nanotubi provocassero infiammazioni e lesioni polmonari, come quelle procurate dall'amianto, ma ancora tanto deve essere verificato, soprattutto per quanto riguarda gli effetti  cancerosi.

Anche per l'impiego dei nanotubi per la costruzione di moduli fotovoltaici il percorso è appena iniziato e molti sono gli ostacoli da superare per i ricercatori. A seguito degli studi, infatti, il rendimento si è dimostrato particolarmente basso, circa lo 0,1%, sicuramente inferiore rispetto a quello garantito dalle tecnologie utilizzate nel presente.

Per ovviare a questo problema, bisognerebbe sviluppare una tecnica molto precisa di controllo delle dimensioni e delle forme dei nanotubi, ma ciò, per il momento, sembrerebbe solamente una speranza di molti studiosi che, tuttavia, non corrisponderebbe all'avanzamento degli studi. Le ricerche infatti, hanno dimostrato che, oggigiorno, è possibile aumentare le proprietà di conduzione dei nanotubi, apportando alcune modifiche alla loro struttura, ovvero, inserendo altri atomi che abbiano le caratteristiche ricercate. Tra i risultati più interessanti si può considerare il diodo nanometrico che è formato dall'unione di due nano tubi, tuttavia, esso non permette il passaggio reversibile della corrente.