Raccogliere elettricità dall’aria: la nuova frontiera della ricerca

Secondo un team guidato dall’ingegnere Xiaomeng Liu dell’Università del Massachusetts Amherst, un materiale dotato di nanopori di diametro inferiore a 100 nanometri. può raccogliere l’elettricità generata da microscopiche gocce d’acqua nell’aria umida. Si tratta di un materiale dotato di fori della dimensione di un millesimo di un capello umano.

Hanno chiamato la loro scoperta “effetto generico Air-gen”.

“L’aria contiene un’enorme quantità di elettricità”, spiega l’ingegnere Jun Yao dell’UMass Amherst.

“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 favorevoli, la nuvola può produrre un fulmine, ma non sappiamo come catturare in modo affidabile l’elettricità dai fulmini. Quello che abbiamo fatto è stato creare una nuvola in scala ridotta, costruita dall’uomo, che produce elettricità in modo prevedibile e continuo, in modo da poterla raccogliere”.

L’effetto Air gen era già stato prodotto, ma richiedeva un microfilimento, un nanofilamento, generato da un batterio, il Geobacter sulfurreducens. Ora il team di ricerca si è liberato dalla dipendenza da questo batterio, rendendo il tutto molto più semplice e replicabile in larga scala.

“Quello che abbiamo capito dopo la scoperta del Geobacter è che la capacità di generare elettricità dall’aria – quello che poi abbiamo chiamato ‘effetto Air-gen’ – si rivela generica: letteralmente qualsiasi tipo di materiale può raccogliere elettricità dall’aria, purché abbia una certa proprietà”, spiega Yao.

Un dispositivo elettrico dai nanopori

Questa proprietà è rappresentata dai nanopori, la cui dimensione dipende dal percorso medio libero delle molecole d’acqua nell’aria umida. Si tratta della distanza che una molecola d’acqua può percorrere nell’aria prima di scontrarsi con un’altra molecola d’acqua.

Il dispositivo generico Air-gen è costituito da una sottile pellicola di materiale, come cellulosa, proteine della seta o di grafene. Le molecole d’acqua presenti nell’aria possono facilmente entrare nei nanopori e viaggiare dalla parte superiore del film a quella inferiore, ma durante il viaggio si scontrano con i lati del poro.

Queste trasferiscono carica al materiale, producendo un accumulo, e poiché un numero maggiore di molecole d’acqua finisce nella parte superiore del film, si verifica uno squilibrio di carica tra i due lati.

Questo produce un effetto simile a quello che si osserva nelle nuvole che producono fulmini: l’aria in aumento crea più collisioni tra le gocce d’acqua nella parte superiore di una nuvola, con un conseguente eccesso di carica positiva nelle nuvole più alte e un eccesso di carica negativa in quelle più basse.

In questo caso, la carica potrebbe essere reindirizzata per alimentare piccoli dispositivi o immagazzinata in una batteria di qualche tipo.

Al momento, si tratta ancora di una fase iniziale e di studio del fenomeno. La pellicola di cellulosa testata dal team aveva una tensione spontanea di 260 millivolt nell’ambiente circostante, mentre un telefono cellulare richiede una tensione di circa 5 volt. Ma la sottigliezza delle pellicole significa che potrebbero essere impilate per scalare i dispositivi Air-gen e renderli di pratica applicabilità.

Inoltre, il fatto che possano essere realizzati con materiali diversi significa che i dispositivi potrebbero essere adattati all’ambiente in cui devono essere utilizzati, dicono i ricercatori.

“L’idea è semplice, ma non è mai stata scoperta prima, e apre ogni tipo di possibilità”, afferma Yao. “Si potrebbero immaginare raccoglitori fatti di un tipo di materiale per gli ambienti della foresta pluviale e di un altro per le regioni più aride”.

Il prossimo passo sarà quello di testare i dispositivi in ambienti diversi e di lavorare sulla loro scalabilità. Ma l’effetto generico dell’Air-gen è reale e le possibilità che esso rappresenta sono speranzose.

Quindi si apre la strada alla generazione elettrica dall’aria, sfruttandone i movimenti e l’umidità intrinseca. Una frontiera completamente nuova e praticamente inesplorata che potrebbe portare ad una produzione elettrica autonoma per qualsiasi parte del globo. Un settore che merita di essere approfondito.