Igroelettricità: il futuro dell’energia rinnovabile sfruttando l’umidità dell’aria

Negli ultimi anni la ricerca nel campo delle energie rinnovabili ha fatto passi da gigante nella costante ricerca di nuove fonti energetiche. Una di queste innovazioni, che ha iniziato a suscitare grande interesse, è la igroelettricità, un tipo di energia che viene generata dal umidità nell'aria. Questo concetto, derivato dalla capacità di alcuni materiali di generare una carica elettrica in risposta ai cambiamenti di umidità, è in fase di sviluppo e potrebbe rivoluzionare il modo in cui otteniamo energia.

Cos'è l'igroelettricità?

La igroelettricità, Conosciuto anche come energia igroelettrica, è un metodo innovativo per generare energia elettrica sfruttando l'umidità ambientale. A differenza di altre energie rinnovabili come quella solare o quella eolica, non dipende da fattori climatici specifici come la luce solare diretta o il vento. La chiave di questo fenomeno sono i materiali igroscopici, poiché sono in grado di assorbire le molecole d’acqua presenti nell’ambiente e generare una differenza di potenziale che produce energia elettrica.

Questo progresso, nato da studi pionieristici presso università come Massachusetts (UMass) e Campinas (Brasile), ha aperto nuove possibilità nel campo delle energie rinnovabili. È stato dimostrato che alcuni materiali, come ossido di grafene (GO) o nanofili proteici, possono generare carica elettrica a contatto con l'umidità.

Nel caso dell'ossido di grafene, le molecole d'acqua che aderiscono alla sua superficie creano una differenza di potenziale che consente la generazione di corrente elettrica quando collegato ad un circuito esterno. Questa è stata una scoperta fondamentale, poiché si pensava che i materiali richiedessero la luce solare per generare elettricità. L’igroelettricità non ha queste restrizioni meteorologiche, il che la rende una soluzione molto promettente per il futuro.

Come funziona l'igroelettricità?

Il processo che permette di generare energia elettrica dall'umidità si basa sull'interazione tra materiali igroscopici e molecole d'acqua presenti nell'ambiente. Questi materiali, come accennato prima, hanno la capacità di farlo assorbire acqua e generare a differenza di carico. Nel Progetto CATCHER, finanziato dall'Unione Europea, ha dimostrato che l'acqua nell'atmosfera può accumulare cariche elettriche dopo essere stata a contatto con particelle di polvere presenti anche nell'aria. L'interazione tra queste particelle e le goccioline di umidità genera una piccola differenza di potenziale che, quando sufficientemente grande, consente di ottenere una corrente elettrica utile.

Materiali principali

Uno dei materiali più utilizzati per questo tipo di energia sono nanofili proteici cresciuto da Geobacter sulfuroreducens, un batterio capace di trasferire elettroni a contatto con l'umidità. Il dispositivo Aria-gen sviluppato da UMass Amherst funziona collegando questi nanofili con minuscoli elettrodi per generare elettricità dall'aria.

Un altro esempio promettente è l'uso di ossido di grafene (GO), un materiale che ha dimostrato una grande capacità di generare cariche elettriche. Quando le molecole d’acqua dell’atmosfera aderiscono alla superficie del GO, si verifica una differenza di carica che fa sì che gli elettroni fluiscano verso le molecole d’acqua, generando una corrente elettrica.

Elettrodi e nanopori

La disposizione del elettrodi Svolge anche un ruolo cruciale nel migliorare l’efficienza dell’igroelettricità. Infatti utilizzano metalli conduttivi come platino, oro o plata per migliorare l’efficienza della cattura dell’elettricità.

Inoltre, anche la struttura del materiale ha un impatto diretto sulla sua capacità di generare energia. È stato dimostrato in recenti ricerche che, creando nanopori In questi materiali (cioè minuscole perforazioni inferiori a 100 nanometri), la quantità di umidità raccolta e quindi la quantità di energia prodotta può essere aumentata.

Applicazioni future dell'igroelettricità

Sebbene la tecnologia sia ancora in fase di sviluppo, il suo potenziale è molto elevato. Nel breve termine si stanno già esplorando applicazioni per alimentare piccoli dispositivi come orologi intelligenti, sensori medici e dispositivi IoT. Questi sistemi sono ideali per l'idroelettricità perché richiedono pochissima energia e, in molti casi, vengono utilizzati in luoghi dove l'umidità è sempre presente, come all'interno di case o edifici.

In un futuro più lontano si potrebbero prendere in considerazione applicazioni su larga scala. Ricerca come la Progetto CACCIATORE Si concentrano sullo sviluppo di materiali e dispositivi in ​​grado di trasformare l'energia dell'umidità in quantità molto maggiori. Ad esempio, l'integrazione di questi dispositivi in solare per funzionare di notte quando l'energia solare non è disponibile.

In luoghi con elevati livelli di umidità, come gli ambienti tropicali, questi collettori igroscopici Potrebbero essere installati nelle case per generare una fonte continua di energia rispettosa dell’ambiente. Inoltre, la sua disponibilità 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX, supera l’intermittenza di altre fonti rinnovabili come l’energia solare ed eolica.

Ricerca attuale e sfide

Una delle sfide attuali nello sviluppo della tecnologia dell’igroelettricità è la scalabilità. La quantità di energia prodotta da un singolo dispositivo è relativamente piccola, quindi i ricercatori stanno cercando modi per impilare più unità o migliorare i materiali per aumentare la potenza generata.

El Progetto Catturatore sta lavorando su un pannello prototipo che misura 1 metro quadrato e può produrre fino a 20W/m2. Anche se non è sufficiente a rifornire un’intera famiglia, si tratta di un grande passo avanti verso la sostenibilità commerciale. A lungo termine, la combinazione di questa tecnologia con altre forme di generazione di energia potrebbe portare a infrastrutture energetiche più diversificate e sostenibili.

La scelta dei materiali rimane un aspetto importante. I nanomateriali sono costosi e non hanno ancora raggiunto la scalabilità industriale necessaria per la commercializzazione su larga scala. Tuttavia, i progressi nel campo delle nanotecnologie continuano ad aprire le porte allo sviluppo di dispositivi più economici ed efficienti.

L'interesse per l'energia idroelettrica continua a crescere e gli investimenti da parte di organizzazioni come la Unione Europea in progetti come CATCHER sottolinea che ci sono grandi aspettative su questa tecnologia emergente.

L’igroelettricità è ancora nelle fasi iniziali di sviluppo, ma promette di essere una delle tecnologie chiave nel campo delle energie rinnovabili. Mentre i ricercatori continuano a perfezionare materiali e tecniche, potremmo presto vedere applicazioni pratiche che potrebbero cambiare il modo in cui otteniamo e utilizziamo l’energia.