Oristano 11 Gennaio 2017
Cari amici,
Che la ricerca sia sempre
più avanzata e percorra sentieri inesplorati e innovativi non è certo una
novità. Per quanto riguarda in particolare il reperimento di fonti energetiche
(specialmente in miniatura) per far funzionare a lungo i nostri ormai
inseparabili apparati mobili come telefoni e computer, le ricerche sono
oltremodo sempre più accelerate. Negli Stati Uniti una recente ricerca, fatta dal
professore di Ingegneria e Scienze applicate, nonché responsabile del
laboratorio di Bioingegneria elettronica e microsistemi a Binghamton, Thomas J.
Watson, ha sviluppato un sistema ingegnoso per generare energia: un semplice
foglio di carta alimentato da batteri.
Incredibile ma vero: una
batteria alimentata da carta e batteri! Non è una trovata pubblicitaria né la
trama di un film di fantascienza, ma un serio progetto portato avanti da ricercatori
universitari. Gli studi sono ancora nella fase sperimentale e per il momento l’innovativa
batteria non è in grado di generare molto energia, ma la via tracciata sembra
davvero positiva. Primi passi, dunque, per questo nuovo modello di batteria
chiamato 'papertronics', in quanto
trattasi di elettronica basata sulla carta.
In futuro, pensate, potrebbe
bastare qualche risma di carta per ricaricare il Vostro telefono! La nuova
batteria risulterebbe oltretutto alquanto vantaggiosa: economica, poco
inquinante e ad alimentarla ci penserebbero i batteri. L’innovativa tecnologia
sarà presentata al pubblico nel convegno internazionale di Microelettronica in
programma proprio in questo mese di Gennaio a Las Vegas. Ma come dovrebbe
funzionare questo nuovo strumento energetico? Vediamo di raccontarvelo come lo si
è appreso dalle dichiarazioni fatte sia dal Prof. Thomas J. Watson che dal suo
assistente e ideatore Seokheun Choi.
I fogli di carta
utilizzati sono dei normalissimi A4. Usando la cromatografia su la metà di un
foglio di carta viene posizionato, come creando un un disegno, un nastro adesivo
di nitrato d’argento sotto uno strato di cera, al fine di creare un catodo (ma
in realtà i sottili disegni sono dei particolari reticoli che trasformano i
fogli in vere e proprie batterie); sull’altra metà del foglio viene costruito
un serbatoio con un polimero conduttivo. Le due parti vengono poi accuratamente
piegate e al loro interno vengono rilasciate alcune gocce contenenti dei
batteri.
A creare e fornire
l'energia sono proprio i batteri, la cui 'respirazione' produce un passaggio di
corrente elettrica nei fogli. Al momento tutto il processo richiede un lavoro
manuale molto preciso perché anche dei piccoli strati disallineati possono
interferire con il funzionamento della batteria stessa. Unendo tra loro più
fogli il potere della batteria aumenta. Per ora gli scienziati sono
stati in grado di generare 31.51 microwatt a 125.53 microampere, sfruttando sei
batterie in due pile da tre. Mentre con una costruzione 6×6 si arriva al
massimo a 44.85 microwatt a 105.89 microampere.
Per ora i fogli non
possono avere nessuno uso pratico, producendo ognuno appena 31 microwatt! Per fare un esempio per accendere una lampadina da 40 watt servirebbero milioni di
pagine A4, ma lo studio potrebbe essere uno dei primi passi con interessantissimi
sviluppi futuri. Nonostante i grandi limiti dei primi prototipi i ricercatori
si dicono fiduciosi di poter presto migliorare il quantitativo di energia
accumulabile in queste batterie, il cui punto di forza è l'uso di materiali
facilmente reperibili e che i batteri possono essere alimentati con semplici
scarti alimentari. “Possono essere un modo semplice ed economico per usare alcuni
dispositivi per la diagnostica in quei luoghi della Terra dove è impossibile
arrivare con altri alimentatori elettrici”, è stato il commento del Professor
Watson.
Le batterie di carta,
pur non essendo una novità assoluta, hanno un grandissimo potenziale nel futuro
dei bio-alimentatori, come spiega lo stesso Choi, assistente del professor
Watson nel progetto: “Tra le molte batterie cartacee flessibili e
integrative, la tecnologia delle celle a combustibile microbico è senza dubbio
il più sottosviluppato. Siamo entusiasti del nostro lavoro perché i
microrganismi possono raccogliere energia elettrica da qualsiasi tipo di fonte
biodegradabile, persino dalle acque di scarico. Credo che questo tipo di
bio-battery fatta con la carta può essere una valida fonte di energia per il
futuro”. Le batterie sviluppate dal gruppo di ricerca di Choi hanno
visto la luce già nel 2015 con un piccolo alimentatore di carta a forma di
scatola per fiammiferi, mentre quelle di quest’anno assomigliano di più a una
piccola stella da ninja.
Cari amici, la ricerca
per la realizzazione di nuove batterie per il futuro, attraverso l’utilizzo delle
nuove tecnologie, continua senza sosta. Gli esempi non mancano. Yi Cui, un
ricercatore della Stanford University, è stato in grado di realizzare una
batteria (o, più precisamente, un "supercapacitor") semplicemente
immergendo un normale pezzo di carta in una soluzione composta da inchiostro
mescolato con nanotubi di carbonio e nanowire di argento (i
"nanowire" sono strutture mono-dimensionali a forma di filo con
diametri dell'ordine di qualche nanometro); altri ricercatori, quelli del MIT
guidati dalla Professoressa Angela Belcher (Germeshausen Professor di Materials
Science, Engineering, e Biological Engineering), sono stati invece in grado di
creare una batteria utilizzando dei virus.
Secondo la
professoressa Belcher, questa soluzione potrebbe addirittura fornire una
potenza sufficiente per essere impiegata come batteria principale in
un'autovettura. Il virus utilizzato è un comune batteriofago in grado di
infettare i batteri ma innocuo per gli esseri umani (non è tossico), e in
laboratorio viene modificato geneticamente e usato per realizzare gli
elettrodi, caricati sia positivamente che negativamente, di una batteria agli
ioni di litio. Le ricerche certo non finiscono qui!
Sono allo studio,
pensate, anche delle mini batterie "nucleari". Un gruppo di
ricercatori dell'Università del Missouri, diretto dal Professor Jae Kwon, ha
realizzato una batteria nucleare di dimensioni minuscole, progettata per
alimentare i dispositivi realizzati in tecnologia MEMS (Micro Electro
Mechanical Systems). Come sappiamo, la tecnologia MEMS è ampiamente utilizzata
in numerose applicazioni quotidiane, come ad esempio: sistemi air-bag,
smartphone (rilevamento dei movimenti e dell'orientamento), fotocamere digitali
(stabilizzazione dell'immagine), stampanti a getto d'inchiostro, consolle e
quant’altro.
Cari amici, chissà
quante meraviglie ci riserverà la scienza nei prossimi anni! L'obiettivo principale
è quello di trovare nuove fonti di energia che possano essere: riciclabili, capaci
di durare a lungo, leggere e di dimensioni ridotte; insomma, in grado di fornire
la giusta quantità di energia necessaria agli strumenti, sempre più numerosi,
che ormai fanno parte della nostra vita quotidiana e di cui proprio non possiamo fare a
meno!
A domani.
Mario
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