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Avete presente quella sensazione confortante ed energizzante quando il sole vi colpisce all’inizio delle giornate estive o quando respirate l’aria fresca in una foresta?

È un vero e proprio booster di energia! Ed è esattamente ciò che può alimentare sensori e interruttori a basso consumo. Non si fa affidamento a batterie o cavi di alimentazione per guadagnare energia, ma viene “raccolta” dall’aria. Più precisamente viene tratta l’energia dal movimento, dalla luce, dagli urti e dalle differenze di temperatura. Questo principio è chiamato Energy Harvesting (mietitura di energia) e non è solo un’alternativa a basso costo a batterie e cavi, ma anche un’alternativa molto più sostenibile.

Il concetto di “mietere” energia dall’ambiente recuperando gli “sprechi” che spesso finiscono per tradursi in calore da smaltire è ormai assodato e oggetto di costante studio e ricerca in diversi ambiti.

Sotto la lente di ingrandimento sono tutte le forme di dispersione energetica in cui ci imbattiamo quotidianamente: il rumore sui mezzi di trasporto pubblico o in ambienti affollati come ristoranti, mense, stadi, palazzetti dello sport, teatri e strutture dedicate ai concerti, le luci delle automobili nei movimenti notturni, il calpestio delle superfici come le strade, piste ciclabili, pavimentazioni di centri commerciali, l’energia prodotta dal corpo umano in forma di calore e così via.

Sono state prodotte negli ultimi dieci anni le prime applicazioni, alcune, come i piezoelettrici, sono ormai una conquista datata diversi decenni mentre altre, come l’adozione dei devices che colloquiano con protocollo Bluetooth Low Energy (BLE) o con sensori wearable (indossabili), hanno aperto nuove possibilità.

Diversi attori sullo scenario mondiale hanno affrontato la sfida dell’utilizzo dell’energia a bassa potenza, due casi su tutti:

Adamant Namiki, multinazionale giapponese, è una delle aziende pioniere nella realizzazione di soluzioni di Energy Harvesting. Namiki è leader mondiale nella produzione di micromotori che sono utilizzati in ambiti che spaziano dalla robotica agli strumenti microchirurgici ed è una delle 13 aziende cofondatrici nel 2010 dell’Energy Harvesting Consortium, che oggi raduna oltre 50 imprese di tutto il mondo con l’obiettivo di promuovere e sviluppare tecnologie in ambito Energy Harvesting.

Altro esempio di particolare interesse nell’Energy Harvesting è quello di SODAQ, azienda olandese di Ollie Smeenk. SODAQ ha un’attenzione particolare per l’impatto positivo guidato dai prodotti fisici e dall’innovazione tecnica, in particolare utilizzando la raccolta di energia solare e hardware a bassa potenza in paesi con infrastrutture limitate e concentrandosi sulle sfide ambientali.

In ogni caso l’ostacolo maggiore alla diffusione su larga scala della loro applicazione continua a essere la batteria per accumulare l’energia raccolta e il successivo utilizzo (il potenziale di accumulo è relativamente basso e il processo è molto lento).

L’avvento dei SuperCap (il supercondensatore) che ha ridotto dimensioni e peso degli accumulatori tradizionali sfruttando la nano-chimica ha fornito una soluzione per accumulare l’energia a basso potenziale (Energy Harvesting). I SuperCap sono componenti che forniscono la capacità di accumulare un buffer di potenza alimentato dal raccoglitore di energia a bassa potenza; il buffer consente di alimentare un carico che richiede più potenza di quella che il raccoglitore di energia può fornire nativamente.

Nel 2013 la studentessa americana Eesha Khare a soli 18 anni sviluppa un prototipo di SuperCap inseguendo l’obiettivo di ricaricare rapidamente il suo smartphone. Questo supercondensatore offre una durata eccezionale con una perdita di capacità del 32,5% dopo 10.000 cicli di carica e scarica e una densità di potenza di 20.540 W/kg (rapidità di carica). La rivoluzione introdotta da Eesha Khare è stata l’introduzione di un nuovo elettrodo (nanorods) con nuclei di biossido di titanio idrogenato (H-TiO2) e shell polianilina (PAni) – un polimero conduttivo per migliorare la densità di energia del supercondensatore. La buona conduttività di TiO2 idrogenato combinata con la pseudo-alta capacità della polianilina offre una capacità totale e una densità di energia significativamente elevata pur mantenendo una buona densità di potenza e una lunga durata.

Eesha Khare è riuscita infine a creare una batteria di tipo SuperCap che in 30 secondi permette di poter ricaricare uno smartphone. Ed ora sta lavorando alle batterie per autotrazione.

E siamo solo all’inizio nella strada della sostenibilità della gestione di sistemi di accumulo di energia elettrica.