Energia dalla pioggia: realizzato in Cina un pannello innovativo che trasforma l’energia delle gocce in elettricità

Di recente, la scarsità di combustibili fossili e l’aumento della domanda di elettricità hanno suscitato l’entusiasmo per l’esplorazione delle energie rinnovabili. Perché non provare ad utilizzare anche l’energia cinetica contenuta nella pioggia?

Quando le gocce di pioggia cadono dal cielo, possono produrre una piccola quantità di energia che può essere raccolta e trasformata in elettricità. Si tratta di una versione su piccola scala dell’energia idroelettrica, che sfrutta l’energia cinetica dell’acqua che scorre a valle per produrre elettricità. Purtroppo non è stato per niente semplice sviluppare un sistema in grado di sfruttare questa energia su larga scala.

Recentemente, è stato dimostrato che un nanogeneratore triboelettrico (TENG) che utilizza l’elettrificazione a contatto liquido-solido può raccogliere con successo l’energia delle gocce di pioggia e l’energia dell’oceano. Un generatore triboelettrico è in grado di generare energia elettrica sfruttando direttamente il moto, e ci sono anche esempi di questo tipi di generatori che producono elettricità, ad esempio dalle persone che camminano su un vialetto.

Risultato (involontario) dell’effetto triboelettrico: sfregandosi contro i ffiocchi di polistirolo il gatto ga generato una carica che ha fatto aderire i fiocchi stessi al suo pelo…

Attualmente, disponiamo di eccellenti TENG basati su gocce (D-TENG Drop Tenf) per raccogliere energia da una singola goccia d’acqua. Ma è ancora difficile che un singolo D-TENG possa fornire continuamente energia per apparecchiature elettriche di livello megawatt.

Ora, i ricercatori della Tsinghua University di Shenzhen, in Cina, hanno modellato i pannelli D-TENG seguendo la struttura  dei pannelli solari per rendere più efficiente la raccolta di energia dalle gocce di pioggia, ampliandone l’applicazione. I ricercatori si sono ispirati al design dei pannelli solari in cui più unità di generazione di energia solare sono collegate in parallelo per alimentare il carico.

Quando si collegano più D-TENG, si verifica una capacità di accoppiamento involontaria tra l’elettrodo superiore e l’elettrodo inferiore, che riduce significativamente la potenza di picco degli array di D-TENG.

Per ovviare a questo problema, i ricercatori hanno proposto generatori a ponte, che utilizzano elettrodi inferiori a matrice per ridurre l’influenza della capacità. Quando la goccia cade sulla superficie del pannello, chiamata superficie FEP, la goccia si carica positivamente e la superficie FEP si carica negativamente.

“La quantità di carica generata da ogni goccia è piccola e la carica superficiale sul FEP si dissipa gradualmente. Dopo un lungo periodo di permanenza sulla superficie, le cariche sulla superficie del FEP si accumulano gradualmente fino alla saturazione“, ha dichiarato Zong Li, professore presso la Tsinghua Shenzhen International Graduate School della Tsinghua University di Shenzhen, Cina. “A questo punto, il tasso di dissipazione della carica superficiale del FEP è bilanciato dalla quantità di carica generata da ogni impatto della goccia“. Quindi oltre che la carica generata dall’energia cinetica si utilizzano anche le cariche superficiali generate dal contatto della gocccia d’acqua con il pannello.

I ricercatori hanno utilizzato generatori a ponte con sottoelettrodi di diverse dimensioni e pannelli di vario spessore per verificare se ciò avesse un effetto sulla perdita di potenza.

I generatori ad array a ponte utilizzano elettrodi inferiori ad array e strutture di riflusso a ponte per rendere le unità di generazione di energia indipendenti l’una dall’altra, oltre a eliminare l’influenza degli elettrodi, il che mantiene la potenza di uscita dei D-TENG su larga scala elevata e indipendente dalle dimensioni.

“La potenza di picco dei generatori a ponte è quasi 5 volte superiore a quella dell’energia convenzionale delle gocce di pioggia su larga scala con le stesse dimensioni, raggiungendo i 200 watt per metro quadrato, il che dimostra pienamente i suoi vantaggi nella raccolta di energia dalle gocce di pioggia su larga scala. I risultati di questo studio forniranno uno schema fattibile per la raccolta di energia dalle gocce di pioggia su larga scala“, ha dichiarato Li.