Milano, 7 settembre 2009 - È già capitato che una scoperta in un determinato campo avvenisse, quasi casualmente, mentre si cercavano soluzioni in ambiti molto diversi. È quello che è successo a Doriano Brogioli, fisico e ricercatore presso il dipartimento di Medicina Sperimentale dell'Università di Milano-Bicocca, impegnato col gruppo di lavoro del professor Francesco Mantegazza a sviluppare farmaci antitumorali e contro l'Alzheimer.
Lavorando con i colleghi del suo team sulla meccanica e l'elettrocinetica del Dna si è imbattuto in un'intuizione sul potenziale energetico che può essere ricavato dal contrasto fra soluzioni con diversi gradi di salinità. In un anno di lavoro è riuscito a mettere a punto una metodologia efficace per la produzione a costi vantaggiosi di energia elettrica estraibile dal mix di acqua dolce e salata, o dal mix di acqua con diversi gradi di salinità.In effetti, che il miscuglio di acqua dolce e acqua salata rilasciasse una quantità di energia era un fatto già noto al mondo scientifico sin dagli anni Settanta del secolo scorso, ma non si erano ancora fatti passi avanti per la realizzazione di impianti capaci di estrarre e catturare questa energia in modo costante.Il lavoro con l'idea del nuovo prototipo di supercondensatore è stato pubblicato lo scorso luglio sulla rivista Physical Review Letters e ripreso pochi giorni fa da anche da Nature.
Il funzionamento dei supercondensatori a doppio strato«Le tecniche proposte negli anni Settanta - spiega Brogioli - erano antieconomiche perché basate sull'osmosi e richiedevano l'impiego di membrane costose e facili a sporcarsi che permettevano il funzionamento degli impianti solo per poche ore. Negli ultimi anni si è tornati a fare ricerca su questo argomento ma i risultati sono ancora lontanissimi dall'essere praticabili, soprattutto perché i costi di realizzazione degli impianti restano alti. La tecnica che propongo io è basata sull'elettrocinetica e sulla tecnologia dei supercondensatori a doppio strato, formati da due elettrodi di carbone attivo. Il carbone attivo è un materiale che viene usato nella depurazione dell'acqua ma essendo molto poroso si presta per la realizzazione di elettrodi con grandissima superficie, fino a mille metri quadri per ogni grammo. Grazie a questa enorme superficie, quando i due elettrodi vengono messi nell'acqua salata e vengono caricati assorbono gli ioni e possono contenerne quantità immense. Ora, la tecnica di costruzione di questi condensatori è già nota ma nessuno aveva mai pensato a cosa succede quando, dopo aver caricato il condensatore con acqua salata, si immette acqua dolce. Quello che succede è che gli ioni vengono rimossi dal condensatore sviluppando un potenziale di energia maggiore rispetto a quello iniziale. Il funzionamento a ciclo continuo permette, dunque, di ottenere quantità interessanti di energia pulita e gratuita».
Ma quanta energia si può ottenere con un impianto di questo tipo?«Il ciclo continuo - continua Brogioli -, basato su quattro fasi con carico e scarico di acqua salata e dolce, con un flusso di acqua di un litro al secondo permette di estrarre circa 1 kW di energia netta, cioè l'equivalente del consumo giornaliero di una casa in cui si fa grande uso di corrente elettrica. Se, per ipotesi, l'impianto fosse alimentato dall''intera portata d'acqua di un fiume come il Po, l'energia che si potrebbe ottenere è nell'ordine del mezzo GW, cioè pari a quella prodotta da un impianto nucleare di ultima generazione».
Le possibili applicazioniLa localizzazione ideale di impianti questo tipo è lungo la costa nei pressi di foci ed estuari, per soddisfare i bisogni energetici di piccoli centri urbani. Ma la realizzazione potrebbe avvenire anche in zone desertiche dove, canalizzando l'acqua del mare verso una salina, è possibile ottenere acqua con diversi gradi di salinità e impiegare parte dell'energia prodotta anche per dissalare l'acqua e immetterla nelle reti idriche lì dove c'è carenza di acqua dolce.
I costi di produzione dell'energia mediante l'impianto a supercondensatore sono stati stimati intorno ai 10 centesimi di euro per kWh, mente il costo di realizzazione di un impianto di dimensioni "domestiche" si aggira tra i mille e i duemila euro, con costi di gestione intorno ai duecento euro all'anno.Inoltre, sul piano della sostenibilità ambientale e della produzione di sostanze inquinanti, il sistema ideato da Brogioli presenta molti vantaggi rispetto alle altre fonti di energia pulita attualmente in uso. Ad esempio, oggi la produzione delle celle solari basate sul silicio mono o policristallino consuma molto combustibile e quindi rende gli impianti fotovoltaici domestici, almeno fino a quando la tecnologia non sarà cambiata, poco ecologici in termini di energia consumata/energia prodotta.«Certo - conclude Brogioli - pensare di sviluppare questa tecnologia per produrre energia pulita e alimentare tutto il pianeta non ha senso. Al contrario, questo sistema può essere molto vantaggioso in alcune singole situazioni dove ci sono risorse inutilizzate a disposizione senza fare danno all'ambiente».
Intanto, verso la tecnologia sviluppata nei laboratori del dipartimento di Medicina Sperimentale hanno già manifestato interesse alcuni potenziali partner commerciali interessati alla produzione e distribuzione del prodotto. A farsi avanti sono stati il Centro di ricerca olandese Wetsus e la SGL Group, una società internazionale leader nel campo dei prodotti basati sul carbone con sede anche a Milano.
Articolo integrale su Physical Review Letters
Le fasi di funzionamento del supercondensatore
Articolo integrale su Physical Review Letters
Le fasi di funzionamento del supercondensatore