Gli ingegneri dell’Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un metodo innovativo per produrre energia pulita costante dall’aria, offrendo così un nuovo strumento per la transizione energetica. Ciò che stanno realizzando non è un miracolo o un trucco, ma il frutto del duro lavoro degli scienziati. In un recente studio pubblicato, hanno dimostrato la possibilità di trasformare qualsiasi materiale in un dispositivo in grado di raccogliere l’elettricità presente nell’umidità atmosferica.
Questa notizia potrebbe sembrare familiare perché solo pochi mesi fa i ricercatori dell’istituto di Biomedicina dell’Università Monash, in Australia, hanno ottenuto riconoscimenti per aver isolato un enzima batterico in grado di sfruttare le basse quantità di idrogeno presenti nell’atmosfera per generare corrente elettrica. Tuttavia, il nuovo studio supera molte barriere precedentemente esistenti.
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Il professor Jun Yao e il suo team creano il “Air-gen”
Nel 2020, il professor Jun Yao e i suoi colleghi della UMass Amherst avevano già fatto un grande passo avanti, molto prima dei risultati ottenuti dalla Monash University. Avevano sviluppato il primo generatore ad aria chiamato “Air-gen”, un dispositivo capace di produrre elettricità in modo continuo dall’aria. Questo innovativo apparecchio era composto da una sottile e porosa pellicola costituita da nanofili proteici generati dai batteri Geobacter sulfurreducens, racchiusa tra due elettrodi piatti. Lo studio aveva dimostrato che questi minuscoli fili erano in grado di generare una corrente elettrica tra i due elettrodi ogni volta che assorbivano vapore acqueo dall’aria. La ricerca apre nuovi scenari inaspettati nel campo della produzione di energia pulita.
La chiave per generare energia pulita dall’aria
Oggi, il team di ricerca ha fatto un passo avanti significativo scoprendo che il tipo di nanofilo coinvolto nel processo è irrilevante. Il vero segreto per produrre energia pulita dall’aria risiede esclusivamente nella dimensione dei pori presenti nella pellicola. “Dopo aver fatto la scoperta del geobatterio, ci siamo resi conto che la capacità di generare elettricità dall’aria, che abbiamo chiamato ‘effetto Air-gen’, è un fenomeno generico”, spiega Yao. “In pratica, qualsiasi tipo di materiale può raccogliere energia, a patto che abbia una certa proprietà: pori con un diametro inferiore a 100 nanometri, meno di un millesimo della larghezza di un capello umano“. Questa scoperta apre nuove possibilità nel campo della generazione di energia pulita dall’aria, ampliando le opportunità per l’utilizzo di diversi materiali e approcci nella produzione di energia sostenibile.
Un nuovo approccio per la generazione di elettricità
La spiegazione è da ricercare in quello che in fisica è noto come “cammino libero medio“, ossia la distanza media percorsa da una particella (come, ad esempio, una molecola o un fotone) fra due urti successivi.
Quando le molecole d’acqua sono sospese nell’aria, il loro percorso libero medio è di circa 100 nm. Yao e i suoi colleghi si sono resi conto di poter progettare un raccoglitore di elettricità basato su questo numero.
Sfruttare i pori per produrre energia pulita dall’aria
L’idea è di realizzare un nuovo generatore per la produzione di elettricità dall’aria, in cui la pellicola abbia pori inferiori a 100 nm di diametro. Questa configurazione consente alle molecole d’acqua di passare attraverso il materiale, ma a causa della dimensione ridotta dei pori, le molecole urtano contro i bordi creando una sorta di flusso agitato e crescente da un lato. Questo fenomeno provoca uno squilibrio di carica tra le due parti del materiale, generando effettivamente una corrente elettrica simile alla formazione dei fulmini nelle nuvole.
“L’idea è semplice – sottolinea Yao – e apre a infinite possibilità”. Questo approccio può essere applicato a qualsiasi tipo di materiale. Inoltre, poiché l’umidità è sempre presente nell’aria, la produzione di energia pulita da questa fonte non sarebbe limitata da fattori meteorologici o orari. La ricerca su questo argomento è stata pubblicata su Advanced Materials, aprendo nuove prospettive nel campo della generazione di energia sostenibile.
Una versione miniaturizzata e artificiale delle nuvole
A metterla a punto è stato un team di ricerca guidato da scienziati del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica dell’Università del Massachusetts, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi dell’Institute of Applied Life Science (IALS) e del Dipartimento di Ingegneria Biomedica. I ricercatori, coordinati dal professor Jun Yao, per svilupparla hanno preso ispirazione dalle nuvole, creandone una versione miniaturizzata e artificiale.
“L’aria contiene un’enorme quantità di elettricità. Pensate a una nuvola, che non è altro che una massa di goccioline d’acqua. Ognuna di queste goccioline contiene una carica e, quando le condizioni sono giuste, la nuvola può produrre un fulmine, ma non sappiamo come catturare in modo affidabile l’elettricità dai fulmini. Quello che abbiamo fatto è creare una nuvola su piccola scala costruita dall’uomo che produce elettricità per noi in modo prevedibile e continuo in modo che possiamo raccoglierla”, ha dichiarato il professor Yao in un comunicato stampa.
