Innovazione tecnologica

Energia pulita e illimitata, estratta da materiali 2D

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Gli scienziati hanno scoperto una cosiddetta scappatoia sotto forma di un “materiale miracoloso”, il grafene, che potrebbe essere usato per produrre energia illimitata.

Purtroppo non si tratta del moto perpetuo che, una volta avviato, non cesserà mai e farà tutto il lavoro senza alcun input aggiuntivo di energia. Le condizioni fisiche sul nostro pianeta implicano che un dispositivo del genere rimarrà per lo più confinato alla teoria. Tuttavia, gli scienziati hanno individuato una scappatoia che sembra infrangere le regole della fisica e potrebbe un giorno essere usata come fonte di energia pulita e illimitata.

Per capire meglio come funziona questa nuova fonte di energia dobbiamo fare un passo indietro al 2004, quando due fisici sono riusciti a estrarre un singolo strato di atomi di carbonio da un pezzo di grafite. Questo primo materiale bidimensionale venne chiamato “grafene”. Per questa scoperta rivoluzionaria, i due scienziati furono insigniti del Nobel per la Fisica nel 2010.

Il grafene esiste grazie alle forti vibrazioni

In realtà l’esistenza del materiale 2D è un paradosso. La sua formazione è resa possibile solo tramite la suddetta “scappatoia”, una violenta vibrazione di atomi che conferisce al “materiale miracoloso” una terza dimensione. Questo fenomeno è noto come moto browniano ed evita la rottura spontanea dei legami tra gli atomi di carbonio.

Thibado e i suoi studenti usano questo microscopio di scansione a effetto tunnel per monitorare il movimento del grafene. Immagine: Research Frontiers – Paul Thibado e Wikipedia – Greg L (CC BY-SA 3.0) – (montaggio)

Un team di laureandi guidato dal fisico Paul Thibado ha voluto indagare l’estensione precisa delle vibrazioni del grafene. Tuttavia, le fluttuazioni misurate nello studio non corrispondevano ai calcoli precedenti e, secondo il professore, gli studenti iniziarono a percepire che “non stavano imparando nulla di utile” dalle vibrazioni del grafene.

Energia raccolta tramite la nanotecnologia

A questo punto, gli esperti hanno scoperto che le fluttuazioni delle onde del grafene possono essere abbastanza sostanziali da generare energia. Ciò accade perché, a differenza degli atomi in un liquido, che si spostano secondo traiettorie casuali, gli atomi di un materiale 2D si spostano insieme, e ciò significa che l’energia sprigionata può essere raccolta usando la nanotecnologia esistente.

In seguito a questa scoperta, Thibado ha iniziato a sviluppare un “Vibration Energy Harvester” (dispositivo di raccolta dell’energia delle vibrazioni), in grado di trasformare l’energia in elettricità. Immagine: Research Frontiers – Paul Thibado

Per trasformare l’energia raccolta in elettricità, e quindi per renderla usabile, Thibado ha iniziato a sviluppare un “Vibration Energy Harvester” (dispositivo di raccolta dell’energia delle vibrazioni). Il dispositivo comprenderà un foglio di grafene caricato negativamente sospeso tra due elettrodi di metallo. Quando il grafene si sposta verso l’alto induce una carica positiva verso gli elettrodi superiori. Quando il materiale 2D si sposta verso il basso, carica gli elettrodi inferiori, generando corrente alternata. Recentemente il fisico ha presentato richiesta di brevetto per il suo generatore

Molte applicazioni potenziali

I pezzi di grafene nel laboratorio del fisico misurano appena 10 micron di diametro e sono così minuscoli che più di 20.000 di essi entrerebbero in una capocchia di spillo. Ciononostante, ogni singola onda di materiale genera 10 picowatt di energia. Secondo il professore, un solo pezzo sarebbe sufficiente per alimentare un orologio, senza mostrare segnali di esaurimento.

Un giorno, la fonte di energia ad alimentazione autonoma potrebbe fornire l’elettricità per i dispositivi biomedici come i pacemaker, gli apparecchi acustici e i sensori indossabili.

Ecco perché Thibado ritiene che il suo generatore offra potenzialità enormi. Se la valutazione del fisico è corretta, potrebbe consentire ai dispositivi di inviare, ricevere, elaborare e salvare informazioni nell’immediato futuro. Queste microscopiche fonti di energia hanno le potenzialità di fornire energia non solo agli oggetti di uso quotidiano, ma anche ai dispositivi medici come pacemaker, apparecchi acustici o sensori indossabili.

Foto di apertura: Flickr – CORE-Materials (CC BY-SA 2.0) – (montaggio)

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