Energia dalla pioggia: realizzato in Cina un pannello innovativo che trasforma l’energia delle gocce in elettricità
Il pannello che trasforma l’energia delle gocce in elettricità. Una nuova scoperta proveniente dalla Cina potrebbe rivoluzionare la raccolta di energia da una fonte inaspettata: la pioggia. Mentre la crescente domanda di elettricità e la consapevolezza della scarsità dei combustibili fossili stanno spingendo verso le energie rinnovabili, la sfida è quella di sfruttare al massimo ogni risorsa disponibile. E se si potesse utilizzare l’energia cinetica contenuta nelle gocce di pioggia?
La pioggia, quando cade dal cielo, porta con sé una certa quantità di energia che può essere raccolta e convertita in elettricità. Questo concetto è simile, in scala ridotta, al principio di base dell’energia idroelettrica, dove l’energia cinetica dell’acqua in movimento viene utilizzata per produrre elettricità. Tuttavia, sviluppare un sistema efficiente per sfruttare questa energia su larga scala è risultato complesso.
Recentemente, è stato dimostrato che un nanogeneratore triboelettrico (TENG), basato sull’elettrificazione a contatto liquido-solido, può raccogliere con successo l’energia sia dalle gocce di pioggia che dall’energia oceanica. Un TENG è un dispositivo che genera energia elettrica attraverso il movimento, ed esistono anche esempi di generatori di questo tipo che producono elettricità, come ad esempio camminare su un vialetto che ne attiva uno.
Un esempio involontario dell’effetto triboelettrico è stato fornito da un gatto che, sfregandosi contro dei pezzi di polistirolo, ha generato una carica che ha fatto aderire i pezzi al suo pelo.
Al momento, ci sono eccellenti TENG basati sulle gocce (D-TENG Drop Tenf) che possono raccogliere energia da una singola goccia d’acqua. Tuttavia, è ancora difficile far sì che un singolo D-TENG fornisca energia in modo continuo a dispositivi elettrici di dimensioni maggiori, come quelli che richiedono livelli di energia di tipo megawatt.
Ricercatori presso la Tsinghua University di Shenzhen, in Cina, hanno ora modellato i pannelli D-TENG seguendo la struttura dei pannelli solari, al fine di migliorare l’efficienza nella raccolta di energia dalle gocce di pioggia, rendendola più pratica. Si sono ispirati al design dei pannelli solari in cui più unità di generazione di energia solare sono collegate in parallelo per alimentare un carico.
Quando collegano più D-TENG, si verifica una sorta di accoppiamento involontario tra l’elettrodo superiore e quello inferiore, il che riduce significativamente la potenza di picco degli array di D-TENG.
Per affrontare questa problematica, i ricercatori hanno proposto un approccio con generatori a ponte, che utilizzano elettrodi inferiori organizzati in una matrice per ridurre l’effetto della capacità. Quando una goccia di pioggia cade sulla superficie del pannello, chiamata superficie FEP, la goccia stessa si carica positivamente mentre la superficie FEP si carica negativamente.
“La quantità di carica generata da ogni goccia è piccola e la carica superficiale sul FEP si dissipa gradualmente. Dopo un lungo periodo di permanenza sulla superficie, le cariche sulla superficie del FEP si accumulano gradualmente fino alla saturazione“, ha spiegato Zong Li, un professore presso la Tsinghua Shenzhen International Graduate School della Tsinghua University di Shenzhen. “A questo punto, il tasso di dissipazione della carica superficiale del FEP è bilanciato dalla quantità di carica generata da ogni impatto della goccia“. Questo significa che oltre all’energia cinetica generata dall’impatto della goccia, vengono sfruttate anche le cariche superficiali generate dal contatto con il pannello.
I ricercatori hanno testato diversi generatori a ponte con sottoelettrodi di diverse dimensioni e pannelli di vario spessore per verificare se ciò avesse un effetto sulla perdita di potenza.
I generatori a ponte, utilizzando elettrodi inferiori disposti in matrici e strutture di riflusso a ponte, rendono le unità di generazione di energia indipendenti l’una dall’altra e riducono l’influenza degli elettrodi, mantenendo quindi l’output dei D-TENG su larga scala elevato e indipendente dalle dimensioni.
“La potenza di picco dei generatori a ponte è quasi 5 volte superiore rispetto all’energia convenzionale delle gocce di pioggia su larga scala con le stesse dimensioni, raggiungendo i 200 watt per metro quadrato, il che dimostra appieno i vantaggi nella raccolta di energia dalle gocce di pioggia su larga scala. I risultati di questo studio offrono un piano fattibile per la raccolta di energia dalle gocce di pioggia su larga scala“, ha concluso Li.