Pannelli triboelettrici: di cosa si tratta?
Sfruttare la pioggia per generare elettricità: cosa sono i pannelli triboelettrici
In un mondo sempre più orientato alla sostenibilità, i pannelli solari hanno dominato il panorama delle energie rinnovabili negli ultimi decenni, specialmente per quanto riguarda gli impianti domestici. Produrre energia elettrica per le abitazioni dalla luce solare, finora, è sembrata l’unica possibilità per raggiungere l’autoconsumo ma, in tempi recenti, un nuovo concetto sta emergendo con forza: la possibilità di sfruttare la pioggia per produrre energia elettrica grazie ai pannelli triboelettrici.
In questo articolo, analizzeremo nel dettaglio cosa sono i pannelli triboelettrici e qual è il loro potenziale rivoluzionario in campo energetico.
Cosa sono i pannelli triboelettrici
L’effetto triboelettrico
I pannelli triboelettrici sono dispositivi che producono energia elettrica sfruttando il cosiddetto effetto triboelettrico, un fenomeno per cui, nel momento in cui si strofinano due materiali diversi tra loro (di cui almeno uno deve essere isolante) uno contro l’altro, si verifica un trasferimento di cariche elettriche, quindi tensione, quindi energia elettrica.
L’effetto triboelettrico è conosciuto da secoli – nel 1660 un fisico tedesco già realizzava una sfera di zolfo che, ruotata e strofinata, generava elettricità – ma solo recentemente sono stati sviluppati dispositivi che permettono di applicare il principio per generare elettricità su larga scala. I pannelli triboelettrici ne sono un esempio.
I pannelli triboelettrici
I pannelli triboelettrici hanno forme e dimensioni simili a quelli dei pannelli solari, ma sfruttano una tecnologia completamente diversa. Sono costituiti da materiali specificamente progettati per sfruttare l’effetto triboelettrico che si genera nel momento in cui pioggia o altri agenti atmosferici entrano in contatto con il materiale stesso. In un certo senso, questi pannelli permettono di sfruttare l’energia cinetica (energia data dal movimento) della pioggia per generare elettricità in maniera rinnovabile e abbattendo le emissioni.
Come funzionano i pannelli triboelettrici
Per scendere ancora più nel dettaglio, i due materiali che costituiscono il pannello triboelettrico sono uno idrofilo e l’altro idrofilo. Uno, quindi attira le molecole d’acqua, mentre l’altro le respinge. Quando la pioggia cade su questi pannelli, le molecole d’acqua interagiscono con questi materiali, creando un movimento relativo tra essi. Questo è il movimento che, per l’effetto triboelettrico spiegato sopra, genera tensione e quindi una carica elettrica.
In particolare, si genera una “polarizzazione”: la goccia d’acqua si carica positivamente mentre la superficie esterna del pannello, o meglio la micro-area del pannello che entra in contatto con la goccia d’acqua, si carica negativamente. Questa polarizzazione generata da una singola goccia d’acqua genera una carica microscopica, destinata a dissiparsi immediatamente; in condizioni normali di pioggia, però, sulla superficie di ogni singolo pannello avvengono innumerevoli contatti tra gocce d’acqua e materiale esterno del pannello: la carica elettrica che si genera diventa supera la dissipazione e si ha energia elettrica che, opportunamente catturata e convertita, può essere utilizzata per alimentare le nostre abitazioni.
L’attualità della ricerca: i nanogeneratori triboelettrici TENG
I nanogeneratori triboelettrici TENG sono l’attuale proposta del nascente settore dei pannelli triboelettrici. L’effetto fotoelettrico sfruttato da questi pannelli è quello che si genera sfruttando il contatto tra le gocce d’acqua e il materiale del pannello. In questo caso, invece che uno sfregamento tra due solidi, si sfrutta lo “sfregamento” tra un liquido (le gocce d’acqua) e un solido (la superficie del pannello).
La ricerca attuale in merito ai pannelli triboelettrici si sta muovendo proprio in questa direzione: cercare di rendere più efficiente lo sfruttamento dell’energia di contatto tra un solido e un liquido.
Purtroppo, però, la tecnologia TENG sembra avere un limite importante: quando i pannelli sono collegati assieme, come avverrebbe in qualsiasi impianto triboelettrico, il sistema perde la potenza complessiva.
Quando più nanogeneratori sono collegati tra loro, si crea un accoppiamento involontario tra l’elettrodo superiore e l’elettrodo inferiore dei pannelli che riduce la potenza in uscita. Un team di ricercatori cinesi, guidato dalla Tsinghua University, sta cercando modi alternativi per collegare i pannelli tra loro ed evitare questo effetto.
La soluzione verte a cercare di rendere ogni unità di generazione indipendente attraverso dei collegamenti in parallelo realizzati con uno schema a ponte con l’elettrodo inferiore diviso in tante unità.
Questo sembra essere, attualmente, l’indirizzo di ricerca più promettente per quanto riguarda la possibilità di sfruttare la pioggia per generare energia elettrica.
Ma quanta energia producono i pannelli triboelettrici?
I risultati della ricerca portata avanti dal team della Tsinghua University sono stati pubblicati in un articolo sulla rivista iEnergy. Secondo i dati riportati, la potenza di picco ottenuta tramite l’impiego di nanogeneratori TENG è di 200 watt al metro quadro.
Per capire quanto l’energia triboelettrica possa essere efficiente in termini di superficie impiegata/potenza generata, possiamo proporre un confronto con il rendimento dei pannelli solari. Purtroppo, per il momento, i pannelli triboelettrici non reggono il confronto con quelli solari che sono in grado di raggiungere la potenza di 1 kilowatt per metro quadro. La ricerca, tuttavia, è ancora nelle fasi iniziali e si rivela essere promettente per fornire, in un prossimo futuro, una valida alternativa per fornire energia elettrica rinnovabile alle abitazioni.
Pannelli triboelettrici: prospettive future
Come abbiamo appena accennato, l’innovazione dell’energia triboelettrica è promettente ma prima di poter sfruttare la pioggia per produrre energia elettrica da sfruttare nelle nostre case, la ricerca dovrà affrontare e risolvere un doppio problema: da una parte dovrà risolvere la perdita di efficienza che si verifica nell’accoppiamento di più unità di generazione; dall’altra, dovrà cercare di arrivare a sfruttare l’effetto fotoelettrico in maniera più efficiente per elevare il rendimento dei pannelli.
In ultimo, ma non meno importante, prima del loro ingresso nel mercato dell’energia rinnovabile, sarà anche fondamentale sviluppare soluzioni per garantire la durabilità e la resistenza dei pannelli triboelettrici in condizioni climatiche estreme e ottimizzare i processi di produzione per renderli più accessibili e convenienti.
Conclusioni
L’avvento dei pannelli fotoelettrici rappresenta una prospettiva promettente: la possibilità di catturare energia dalla pioggia apre nuove strade alla produzione di energia elettrica rinnovabile e sostenibile. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma la strada che la ricerca deve intraprendere sembra chiara.
Nonostante le sfide da superare, l’impegno della comunità scientifica e l’attenzione di ricercatori e investitori per questa nuova tecnologia promettono di portare questa nuova soluzione più vicino a diventare una fonte di energia utilizzabile nel panorama delle rinnovabili, contribuendo a un futuro energetico più sostenibile per tutti.
