Progetto CATCHER: raccogliere elettricità dall'umidità dell'aria per alimentare il futuro verde dell'EU
Ricercatori europei stanno trasformando l'umidità atmosferica in elettricità pulita attraverso l'igroelettricità. Con il finanziamento dell'EU, il progetto CATCHER sviluppa pannelli a base di ossido di zirconio che potrebbero alimentare edifici e contribuire a raggiungere la neutralità climatica entro il 2050.
La ricerca europea sta ampliando le opzioni di energia pulita, rafforzando l'obiettivo dell'EU di diventare climaticamente neutrale entro il 2050
As the European Union strives for climate neutrality by mid-century, a mother-and-son-team is helping to tackle a potential hurdle: the limited number of renewable-energy sources driving the EU's shift away from fossil fuels. Andriy Lyubchyk is a partner in the CATCHER project, which aims to expand a clean-energy mix by perfecting the conversion of atmospheric humidity into electricity.Old dream
La tecnica prevede la raccolta delle piccole cariche di elettricità statica contenute nelle molecole d'acqua allo stato gassoso, che sono ubiquitari nell'atmosfera. Il processo è noto come igroelettricità o elettricità da umidità.
"Con questa nuova fonte di energia rinnovabile, crediamo che aumenteremo drasticamente l'efficienza e le possibilità della transizione verso l'energia verde", ha affermato Lyubchyk, amministratore delegato della start-up portoghese Cascatachuva Lda. È anche ingegnere chimico presso la Lusophone University of Humanities and Technologies di Lisbona, Portogallo.
Nei primi anni del 1900, l'inventore serbo-americano Nikola Tesla sognava di sfruttare l'energia dall'aria. Eseguì una serie di esperimenti cercando di catturare cariche elettriche dall'atmosfera e trasformarle in corrente elettrica.
Dai tempi di Tesla, gli scienziati hanno appreso di più su come l'elettricità si forma e si rilascia nell'atmosfera e hanno scoperto che il vapore acqueo può trasportare una carica elettrica.
Il know-how potrebbe rappresentare una spinta per l'EU, che ottiene circa il 22% della sua energia da fonti rinnovabili. È sulla buona strada per innalzare un obiettivo di fine decennio per tali fonti, che includono anche l'energia idroelettrica, fino al 45%.
Ma, affinché l'Europa diventi climaticamente neutrale entro il 2050, le rinnovabili dovranno svolgere un ruolo ancora maggiore e l'igroelettricità darebbe all'EU più opzioni mentre cerca di abbandonare petrolio, gas naturale e carbone.
Nuova tecnologia
Finanziato dal programma Pathfinder del Consiglio europeo per l'innovazione, CATCHER riunisce otto partner provenienti da sei paesi europei per esplorare la possibilità.
Sebbene l'idea generale possa essere la stessa, la particolare tecnologia utilizzata da CATCHER è molto diversa da quella di Tesla. Il progetto utilizza celle simili a pannelli realizzate in ossido di zirconio – un materiale cristallino duro – per catturare energia dall'umidità atmosferica.
L'ossido di zirconio è un materiale ceramico ampiamente utilizzato per cose come impianti dentali, materiali avanzati simili al vetro, elettronica e rivestimenti per barre di combustibile nucleare.
Quando, sette anni fa, esploravano le proprietà dei nanomateriali realizzati in ossido di zirconio, i ricercatori hanno iniziato a vedere prove di igroelettricità, secondo Svitlana Lyubchik, che coordina CATCHER ed è la madre di Andriy Lyubchyk.
Come lui, è un'ingegnera chimica presso la Lusophone University. Hanno intrapreso varie iniziative per cercare di sfruttare questo potenziale.
I ricercatori sono ora al punto in cui una piastra di 8 x 5 centimetri del loro materiale può generare circa 0,9 volt in un laboratorio con un'umidità di circa il 50%. Questo è paragonabile alla potenza erogata da mezza batteria AA.
Lavorando per rendere più efficiente il proprio materiale igroelettrico, il team prevede che, una volta perfezionate, le celle saranno in grado di raccogliere la stessa quantità di elettricità di celle fotovoltaiche di dimensioni simili.
I ricercatori ritengono inoltre che le celle saranno impiegate in modo simile ai pannelli solari – sia come centrali elettriche su larga scala sia come fonte di energia per singoli edifici.
Stati stazionari
Le celle vengono create producendo nanoparticelle molto piccole e uniformi di ossido di zirconio e comprimendole poi in un foglio di materiale con una struttura simile in tutto, inclusa una serie di canali, o capillari.
La nanostruttura genera campi elettrici all'interno dei capillari che separano la carica dalle molecole d'acqua assorbite dall'atmosfera, secondo Andriy Lyubchyk.
Il risultato è una cascata di processi fisico-chimici, fisici ed elettrofisici che catturano l'energia elettrica.
Sotto un certo aspetto, la nuova tecnologia avrà un vantaggio rispetto all'energia solare ed eolica. Mentre i pannelli e le turbine devono essere posizionati per catturare la luce solare e il vento, le celle igroelettriche non necessitano di un posizionamento particolare perché esiste una variazione minima nei livelli di umidità locale.
Detto questo, le celle igroelettriche non saranno necessariamente un'opzione ovunque perché richiedono livelli minimi di umidità per funzionare.
'Per esempio, se fuori ci sono meno 15 gradi, quindi tutto è ghiacciato, non ci sarà acqua nell'aria', ha affermato Andriy Lyubchyk.
Soluzione a soffitto
È inoltre coordinatore, insieme a sua madre, del progetto SSHARE finanziato dall'UE, che sta lavorando a un'applicazione nel mondo reale incorporando celle igroelettriche in un sistema di riscaldamento e raffreddamento.
'Combiniamo entrambe le tecnologie e le rendiamo autosufficienti', ha affermato Andriy Lyubchyk.
Il sistema di riscaldamento e raffreddamento si basa su un pannello radiante avanzato che può essere montato nel soffitto di una stanza.
Tubi dell'acqua perforati passano sopra il pannello alimentandolo con acqua calda o fredda, a seconda che l'obiettivo sia riscaldare o raffreddare la stanza. Il pannello irradia quindi calore nella stanza – o assorbe calore dalla stanza – tramite l'umidità atmosferica, in modo simile a come la pelle può emettere calore attraverso la traspirazione.
Il sistema dovrebbe essere in grado di alimentare le pompe che fanno circolare l'acqua utilizzando l'igroelettricità generata dal passaggio del vapore acqueo dentro e fuori dal pannello.
Il sistema di riscaldamento autosufficiente evidenzia come l'idroelettricità possa contribuire a stimolare la transizione energetica a emissioni nette zero, affermano i ricercatori.
'Possiamo contribuire alla politica dell'UE in termini di indipendenza energetica', ha affermato Svitlana Lyubchik.
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