Fotovoltaico per aziende cosmetiche sostenibili

SOSTENIBILITÀ È UNA DELLE PAROLE CHIAVE NEL SETTORE COSMETICO, PERCHÉ CONSIDERARE QUESTO TERMINE RIFERITO SOLO AI PRODOTTI? NUOVE IDEE E TECNOLOGIE HANNO PERMESSO DI SVILUPPARE SOLUZIONI INNOVATIVE CHE TRASFORMERANNO DI QUI A POCHI ANNI ANCHE GLI EDIFICI, DOVE SONO PRODOTTI E GESTITI I COSMETICI, IN LUOGHI SOSTENIBILI

Protagonista di questa trasformazione green è il fotovoltaico integrato, che grazie a un recente brevetto sviluppato all’Università degli Studi di Milano Bicocca in collaborazione con e l’azienda Glass to Power rende l’applicazione di questa tecnologia sempre più praticabile su larga scala.

Il fotovoltaico integrato nasce da un’osservazione molto semplice ossia che l’energia del sole fluisce invisibile dai vetri trasparenti delle finestre delle nostre case, degli uffici, dei centri commerciali, allora perché non convogliarle direttamente ai sistemi di accumulo o per l’impiego immediato? il fotovoltaico integrato è sostanzialmente questo, pannelli fotovoltaici al posto di vetri e vetrate di edifici e capannoni industriali in grado di raccogliere energia senza il montaggio di impianti e pannelli ad hoc. Per realizzare questa idea il pannello fotovoltaico dovrebbe essere lo stesso vetro della finestra, ed è qui il punto tecnologicamente complesso. Gli impianti fotovoltaici sono dispositivi optoelettronici costituiti da celle a base di ossido di silicio in grado di convertire energia solare in elettrica, queste celle sono ricoperte da uno strato di vetro e appoggiate in serie su uno strato di acetato di vinile. Sono dei dispositivi dunque complessi che certo non è possibile miniaturizzare o rendere invisibili in modo da poter svolgere le stesse funzioni di una finestra.

Fig. 1- Nella figura si vede una lastra di Plexiglass che funziona da fotovoltaico integrato. Questa lastra se utilizzata come finestra è in grado di catturare una parte di radiazione solare emessa una parte di grazie ai nanocristalli di BTBT, queste molecole hanno la capacità di modificarsi strutturalmente per catturare la luce e trasformarla in una specifica lunghezza d’onda che più viene convogliata verso delle minuscole celle fotovoltaiche a lato dei pannelli

Nuova tecnologia a base di cristalli

Sono diversi anni che si studiano sistemi alternativi che possano essere integrati nelle vetrate degli edifici, la ricerca in questo senso è incentrata su materiali che possano svolgere lo stesso ruolo del silicio riuscendo a catturare energia solare e a trasformarla in energia elettrica, senza però fare da barriera alla luce come nel fotovoltaico standard.

La soluzione è nella nuova tecnologia denominata LSC – Luminescent Solar Concentrator – che fa uso di nanocristalli inseriti in film sottili o in lastre di plexiglass. I nanocristalli convertono la luce solare in raggi infrarossi che vengono riflessi all’interno del pannello fino ad arrivare al bordo dello stesso.

Qui, una sottile striscia di celle fotovoltaiche al silicio converte i fotoni infrarossi in corrente elettrica con una elevata efficienza.

Un elemento essenziale per l’applicazione di questa tecnologia è però legato ai costi e all’efficienza di rendimento ed è qui che entra in gioco il brevetto sviluppato dal team italiano i Ricercatori dell’Istituto di struttura della materia del Consiglio nazionale delle ricerche, dell’Università di Milano Bicocca e dell’azienda Glass to Power hanno messo a punto un materiale a basso impatto ambientale e ad alto rendimento per la realizzazione di questi innovativi dispositivi fotovoltaici rendendoli così facilmente integrabili nelle costruzioni. I risultati della ricerca sono pubblicati su Joule – Cell Press.

Il building integrated photovoltaics – fotovoltaico architettonicamente integrato – questo è il nome per esteso del sistema consiste nella progettazione di soluzioni innovative per integrare dispositivi di conversione dell’energia solare in energia elettrica. L’impianto ha due punti di forza che ne rendono facile l’applicazione: la facilità di progettazione e un basso costo di realizzazione, da sempre un limite nell’applicazione di tecnologie innovative su larga scala. Un sistema anche ecofriendly poiché nella sua realizzazione viene utilizzato un materiale che richiede processi di sintesi a ridotto impatto ambientale che può permette di raggiungere rendimenti di conversione dell’energia solare molto efficienti allo stato dell’arte per questo tipo di applicazione.

La tecnologia

Il funzionamento di questi pannelli fotovoltaci applicati a finestre si basa sull’impiego di particolari molecole organiche. Queste molecole hanno la capacità di assorbire la luce in tutto lo spettro solare di Giuseppe Mattioli (CNR-ISM) ci spiega il principio “Il funzionamento del sistema si basa una proprietà intrinseca di molte classi di molecole organiche, cioè la capacità di assorbire la radiazione solare su un ampio spettro di lunghezze d’onda e di riemetterla con rendimento elevato ad una lunghezza d’onda differente e ben separata”. Aggiungendo “Molecole che possiedono queste caratteristiche e che risultano altamente stabili al calore ed alla luce vengono disperse all’interno di lastre di Plexiglas per finestre: la radiazione solare viene così assorbita e poi riemessa dalle molecole, e la lastra fornisce una “guida d’onda” per intrappolare la radiazione e convogliarla ai bordi”. In pratica le molecole fungono da trappola per la luce e la convogliano verso un sistema che poi la trasforma in energia elettrica.

I vantaggi ambientali

L’innovazione nella ricerca non è solo dal punto di vista tecnologico ma anche ambientale, di solito queste molecole hanno strutture complesse e la loro lavorazione spesso richiede processi costosi e non sempre ecologici. Spiega Luca Beverina dell’Università di Milano Bicocca, nel recente comunicato stampa emesso dal gruppo di ricercatori “Il vantaggio principale di questa innovazione consiste nell’utilizzo di molecole che richiedono una sintesi semplice e rapida, priva di solventi di processo e pertanto “green”. Il processo di realizzazione del materiale viene condotto, infatti, unicamente con tecniche meccanochimiche: i reagenti sono miscelati a secco in un vibromiscelatore (noto in ambito industriale come “mulino a sfere” o “ball miller”), che garantisce elevate rese a bassi tempi di contatto anche in assenza di solvente, con un rapporto in peso tra scarto e prodotto di ben 50 volte inferiore rispetto a quello associato ad altre molecole di efficienza confrontabile”. E factor, uno dei più comuni indicatori di sostenibilità nella sintesi organica e nel caso di queste molecole risulta uno dei migliori indicatori ottenuti fino ad ora.

Una serie di vantaggi

Efficienti ed ecofriendly, ma non solo, questa tecnologia ha anche il grande vantaggio di superare i limiti di posizionamento, i pannelli fotovoltaici standard oltre ad essere opachi e scuri devono anche essere posizionati con una certa inclinazione per catturare più raggi solari possibili, se pensiamo alle finestre o vetrate in un edificio queste non sono posizionate perpendicolarmente rispetto ai raggi che le colpiscono questo potrebbe generare un problema di efficienza nella raccolta dell’energia luminosa Giuseppe Mattioli. Specifica che anche questa difficoltà è stata superata dal dispositivo da loro realizzato “Il principio di funzionamento del dispositivo, permette di superare gli attuali vincoli di posizionamento, ad oggi particolarmente stringenti in termini di inclinazione ed orientazione rispetto al sole.

Il ricercatore aggiunge inoltre che “I dispositivi fotovoltaici basati sui concentratori solari a luminescenza si propongono come un ottimo complemento per gli impianti convenzionali”. C’è da precisare infatti che il sistema LCS non è competitivo rispetto ai pannelli fotovoltaici a base di silicio che assorbono tutto lo spettro di radiazioni derivate dal sole (per questo appaiono scuri), le molecole organiche di cui sono fatti i nuovi dispositivi lasciano infatti passare la lunghezza d’onda del visibile in parte per questo i pannelli risultano trasparenti, quando le molecole assorbono la luce si scuriscono leggermente, conferendo un effetto protettivo alla finestra. Queste peculiarità rendono questo sistema molto interessante come complemento alla generazione di elettricità a partire da fonti di energia alternative.

Fig. 2 – Il fotovoltaico in Italia cresce e questo grazie a nuove soluzioni che permettono di integrarlo sempre di più nel nostro quotidiano. Oltre al brevetto della Glass to Power ci sono tante soluzioni che permettono di utilizzarlo nell’edilizia ad oggi: i pannelli standard in silicio possono essere integrati nelle tegole delle costruzioni così come affiancati alle normali finestre

La sintesi green

La molecola che costituisce il cuore del Sistema LCS è il benzothieno 3,2-b – benzothiophene denominato semplicemente BTBT queste molecole sono chimicamente e strutturalmente molto stabili e si prestano per essere modificate in laboratorio in modo da poter catturare la luce e riemetterla ad un’unica lunghezza d’onda in particolare la molecola utilizzata dal gruppo di ricercatori italiani è il BTBTOX2 una forma ossidata di questo composto particolarmente efficiente. Il problema risiede nella sintesi di questo nanocristallo infatti per passare dal BTBT al BTBT OX2 bisogna generare una reazione esotermica a base di diacetil perossido, almeno impiegando i metodi conosciuti ad oggi. Questo metodo è abbastanza inquinante poiché genera sostanze di scarto tossiche. I ricercatori italiani hanno trovato un metodo di sintesi più pulito che si avvale dell’utilizzo di Oxone (potassio perossimonosolfato) che crea meno sostanze di scarto tossiche e permette di pilotare la sintesi nella direzione voluta rendendo nel complesso la generazione di queste molecole più semplice.

FOTOVOLTAICO INTEGRATO

Quando si pensa al fotovoltaico l’immagine corre subito a pesanti pannelli di lastre di silicio scure, montate sui tetti delle case e delle aziende, pronti a raccogliere i raggi solari e trasformarli in energia. Gli impianti di solito integrano il fabbisogno energetico di edifici e complessi industriali, abbattendo costi e impatto ambientale della produzione.

UNA SPIN OFF TUTTA ITALIANA

La Glass to Power, spin-off dell’Università degli Studi di Milano Bicocca costituita nel 2016, ed è un esempio di come in Italia ci siano ancora realtà in grado di fare innovazione. Le finestre fotovoltaiche di Glass to Power hanno vinto lo Special Recognition Award nella categoria Green Technology agli R&D100 Awards che sono considerati dalla comunità scientifica internazionale degli importanti riconoscimenti sull’innovazione tecnologica.

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