Ogni giorno discutiamo di transizione energetica come se fosse un grande progetto da realizzare da zero, composto da nuove centrali, reti intelligenti e tecnologie all’avanguardia. Tuttavia, a volte la rivoluzione non si manifesta attraverso pale eoliche più grandi o pannelli più brillanti, ma si sviluppa in laboratorio, all’interno di strutture invisibili che modificano radicalmente il modo in cui utilizziamo ciò che già possediamo: la luce solare.
Infatti, mentre perseguiamo l’idea di un’energia solare sempre più performante, c’è un dato che sorprende: i pannelli fotovoltaici convenzionali riescono a catturare solo una frazione della radiazione solare, lasciando andare una quantità considerevole di energia sotto forma di infrarosso, ovvero calore. Questo implica, in termini semplici, che stiamo ancora sfruttando “a metà” una delle fonti rinnovabili più abbondanti del pianeta. Tuttavia, qualcosa potrebbe cambiare, grazie a piccole sfere d’oro in grado di assorbire fino al 90% dell’intero spettro solare.
Il Sole ci offre tutto, ma noi ne utilizziamo solo una parte
In ogni momento, circa 89.000 terawatt di energia solare colpiscono l’atmosfera terrestre. Una cifra quasi inimmaginabile, eppure sufficiente a soddisfare più volte il fabbisogno energetico globale. La radiazione che raggiunge la Terra è composta da diverse lunghezze d’onda: una piccola porzione di ultravioletto, una parte significativa di luce visibile e oltre la metà sotto forma di infrarosso. Ed è proprio qui che si cela il problema.
Le celle fotovoltaiche tradizionali, quelle montate sui tetti delle nostre abitazioni, convertono in elettricità principalmente la luce visibile e una piccola frazione del vicino infrarosso. Il resto, ovvero una porzione enorme e ricca di energia, viene disperso. Nel corso degli anni si è tentato di catturare anche questa parte con collettori solari termici e grandi sistemi a specchi, ma i rivestimenti disponibili raramente raggiungono un assorbimento quasi totale.
Anche le nanoparticelle di oro e argento, studiate come materiali avanzati, si sono rivelate efficaci soprattutto sulle lunghezze d’onda visibili, lasciando gran parte dello spettro infrarosso non sfruttato. In un’epoca in cui la decarbonizzazione è diventata una priorità non più procrastinabile, continuare a perdere metà dell’energia solare sembra uno spreco inaccettabile.
Le “supraballs” d’oro: microsfere che catturano la luce
La soluzione proviene dalla Corea del Sud, dove un gruppo di ricercatori della KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology di Seoul ha sviluppato un approccio tanto sofisticato quanto sorprendentemente semplice nella sua applicazione.
Invece di impiegare nanoparticelle d’oro isolate, gli scienziati hanno scoperto un metodo per farle autoassemblare in piccoli aggregati sferici sospesi in un liquido. Queste strutture, di dimensioni circa 2.100 nanometri, sono state denominate “supraballs” plasmoniche.
Il principio fisico alla base è affascinante. Quando la luce solare colpisce queste microsfere, lo strato esterno di nanoparticelle cattura la luce visibile e l’ultravioletto grazie alle risonanze plasmoniche superficiali. Il nucleo interno, più compatto, intrappola le onde infrarosse più lunghe attraverso risonanze magnetiche di tipo Mie.
Il risultato è una vera e propria trappola per fotoni: la luce entra nella sfera, rimbalza all’interno e viene completamente convertita in calore, senza possibilità di fuga. Un meccanismo che consente a questi film di assorbire tra l’89% e il 90% dell’intero spettro solare, quasi il doppio rispetto ai tradizionali film a nanoparticelle d’oro, che si fermano intorno al 45%. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica ACS Applied Materials & Interfaces.
Maggiore calore, maggiore elettricità: fino a 2,4 volte la potenza
Per verificare se questa capacità di assorbimento potesse tradursi in energia concreta, i ricercatori hanno applicato il rivestimento a base di supraballs su un generatore termoelettrico commerciale, un dispositivo che converte direttamente il calore in elettricità.
La procedura è sorprendentemente semplice: la soluzione liquida contenente le microsfere viene semplicemente applicata sulla superficie e lasciata asciugare a temperatura ambiente. Quando il solvente evapora, rimane un film scuro e compatto, pronto a catturare la luce.
Sotto illuminazione simulata, il generatore rivestito con le supraballs ha raggiunto temperature significativamente più elevate rispetto a uno trattato con nanoparticelle tradizionali, producendo circa 2,4 volte più energia elettrica. Un incremento di efficienza che potrebbe avere importanti ripercussioni per il settore del solare termico e per i sistemi ibridi in grado di generare simultaneamente calore ed elettricità.
Una tecnologia plug-and-play che può accelerare la transizione
Un altro aspetto che rende questa innovazione particolarmente interessante per il futuro delle energie rinnovabili è la facilità di produzione. I rivestimenti solari ad altissima efficienza, fino a oggi, richiedevano camere a vuoto costose, ambienti controllati e processi industriali complessi che ne limitavano la diffusione su larga scala.
Le supraballs, al contrario, possono essere applicate con un metodo a bassa temperatura, senza necessità di infrastrutture sofisticate. Questo implica che il rivestimento potrebbe essere integrato su sistemi solari già esistenti, dagli scaldacqua domestici ai pannelli solari avanzati, con costi contenuti e senza modificare radicalmente gli impianti attuali.
In un periodo storico in cui la lotta contro il cambiamento climatico richiede soluzioni concrete e rapidamente attuabili, una tecnologia capace di raddoppiare la resa energetica senza dover reinventare completamente l’intero sistema appare come un elemento prezioso.
fonte: ACS Applied Materials & Interfaces
