Energia Solare - I passi della ricerca
di Alberto Sampino - 29/01/2007
Si stima che oggi le energie rinnovabili garantiscano circa il 14% del fabbisogno mondiale di energia, di queste solamente l’1% proviene dalla radiazione solare usata direttamente per la produzione di energia elettrica -celle solari-.
La ragione di ciò è principalmente “commerciale”, in quanto la maggior parte delle celle solari disponibili in commercio impiegano il silicio, il cui valore di mercato è piuttosto costoso.
Alcune recenti scoperte della ricerca nel campo tecnologico potrebbero tuttavia invertire tale tendenza.
Le celle solari possono essere costruite con altri - e più economici- materiali, ma la loro efficienza è tuttora poco competitiva rispetto a quella delle celle in silicio.
La differenza è piuttosto marcata, le celle commerciali in silicio possono raggiungere un’efficienza del 15-20%.
In laboratorio alcuni ricercatori hanno addirittura raggiunto efficienze del 30% circa.
Le efficienze di altri tipi di celle sono invece parecchio minori dei suddetti valori.
A San Francisco nel mese di Settembre di quest’anno, durante il meeting annuale delle Aziende Chimiche americane, sono stati presentati tre nuovi metodi di ricerca nel campo d’impiego delle celle solari.
Le celle solari, per il loro funzionamento, sfruttano l’azione della luce sugli elettroni; gli elettroni della cella sono per così dire intrappolati da legami chimici; quando colpiti da particelle di luce -chiamate fotoni- aumentano la loro energia risultando liberi di potersi muovere, in tal modo creano un passaggio di corrente elettrica.
Kwanghee Lee dell’Università Pusan National - Corea del Sud - ed un altro ricercatore dell’università Santa Barbara – California - lavorano su celle solari che impiegano materiali plastici elettricamente conduttivi.
La loro ricerca ha dimostrato che l’aggiunta di ossido di titanio a tali celle assieme ad un trattamento termico delle stesse di pochi minuti ad una temperatura di circa 150 C riesce ad incrementarne l’efficienza in modo significativo, fino al 5.6%.
Tale valore è ancora basso in confronto a quello delle celle solari in silicio ma - come sostengono i due ricercatori - potrebbe raggiungere a breve il 7%, il che potrebbe già rendere tali celle commercialmente attrattive grazie ai contenuti costi della loro manifattura.
Una seconda alternativa è quella presentata dal ricercatore Michael Graetzel, dell’Istituto di tecnologia della confederazione svizzera, la quale si ispira al principio della fotosintesi.
Le piante assorbono energia solare durante la fotosintesi, tale energia è poi utilizzata per ottenere dall’acqua ioni di idrogeno, elettroni ed ossigeno.
Tali elettroni, attraverso una catena di molecole, vanno ad azionare le reazioni chimiche che come fine ultimo servono alla creazione dello zucchero.
Le celle solari presentate dal ricercatore M. Graetzel cercano proprio di imitare tale fenomeno, utilizzando una tintura che funge da clorofilla riescono ad assorbire luce solare liberando elettroni che attraverso un semiconduttore possono essere canalizzati su un elettrodo.
Celle di tale tipo possono raggiungere un’efficienza del 11%; valore che secondo il dott. M. Graetzel le renderebbe già commercialmente viabili.
La terza alternativa al silicio è stata presentata dal Dott. Prashant Kamat dell’università di Notre Dame – Indiana - e dal suo team.
La loro cella sperimentale è fatta di solfuro di cadmio, ossido di zinco e diossido di titani; la superficie della cella è ricoperta di nanotubi di carbonio.
Il nanotubo di carbonio è un cilindro composto di soli atomi di carbonio, una delle cui caratteristiche è proprio l’elevata conduttività elettrica.
In tal modo il Dott. P. Kamat ed i suoi colleghi sono riesciti a facilitare il passaggio degli elettroni liberati dalla cella verso gli elettrodi, portando l’efficienza di tali celle fino al 10%.
Benché sia prematuro prevedere l’affermazione commerciale di tali soluzioni confinate - ad oggi - soltanto alla ricerca, è bene sottolineare che la produzione delle celle solari è cresciuta annualmente di una media del 32% negli ultimi 10 anni.
Tali valori, che risultano sorprendenti, sono in gran parte il risultato di politiche di sussidi e finanziamenti da parte dei governi di Germania, Giappone e California.
Spagna, Italia ed altri paesi membri della UE si stanno attivamente adoperando per incentivare i loro mercati interni del solare, tuttavia le uniche realtà nelle quali le celle solari oggi in commercio risultino convenienti sono quelle delle aree rurali non raggiungibili da alcuna rete di distribuzione elettrica.
Gli incentivi dei governi per l’utilizzo del solare sono importanti, ma senza finanziare la ricerca potrebbero risultare relativamente incisivi.