Nanotecnologia

Dimostrato l'effetto Seebeck a livello microscopico
Da calore a elettricità
Secondo i ricercatori, il dispositivo potrebbe aprire la strada alla realizzazione di più efficienti
dispositivi di conversione
Ricercatori dell?Università della California a Berkeley, sono riusciti a generare elettricità dal
calore intrappolando molecole organiche tra nanoparticelle di metallo.
La scoperta, descritta in uno studio pubblicato su Science Express, pubblicazione online della
rivista ?Science?, è considerata dagli autori una pietra miliare sulla strada della ricerca di metodi
efficienti per convertire direttamente il calore in elettricità. Attualmente, il metodo più in uso per
la generazione di energia implica l?utilizzazione di combustibili fossili per produrre calore e gas
che spingono pistoni o turbine, che a loro volta muovono generatori di elettricità. Si stima che
circa il 90 per cento dell?elettricità a livello mondiale ? dalle auto agli impianti di potenza ?
utilizzino questo processo indiretto di conversione del calore, gran parte del quale viene disperso
nell?ambiente.
Negli ultimi 50 anni, al possibile recupero di questo calore e alla ricerca di una conversione più
diretta sono stati dedicati notevoli sforzi di ricerca. I convertitori termoelettrici, per esempio,
utilizzano un metodo semplice e diretto, che si basa sull?effetto Seebeck, nel quale si crea una
differenza di potenziale dalla giunzione di due metalli mantenuti a differenti temperature.
L?inconveniente è che tali generatori hanno un?efficienza piuttosto bassa, intorno al 7 per cento,
contro il 20 per cento dei motori termici. Inoltre, per realizzarli occorrono leghe metalliche rare e
costose.
Ora presso l?Università della California a Berkeley si è riusciti a ottenere l?effetto Seebeck in
una molecola organica, gettando le basi per convertitori termoelettrici più convenienti
economicamente. I ricercatori hanno rivestito due elettrodi di oro con molecole di
benzeneditiolo, dibezeneditiolo tribenzeneditiolo, e ne hanno poi riscaldato uno per creare una
differenza di temperatura. Per ogni grado Celsius di differenza, i ricercatori hanno misurato 8,7
microvolt di tensione per benzeneditiolo, 12,9 microvolt per il dibezeneditiolo e 14,2 microvolt
per il tribenzeneditiolo. La massima differenza di temperatura registrata è stata di 30 gradi
Celsius.
"L?effetto può sembrare limitato, ma è una dimostrazione significativa del principio, che
potrebbe essere il primo passo verso la termoelettricità molecolare organica?, ha spiegato
Pramod Reddy, coautore dell?articolo. (fc)
Un chip che converte calore in energia elettrica
Il calore è stato da sempre un dilemma difficile da risolvere per quanto riguarda l´efficienza
energetica. Molta parte dell´elettricità utilizzata per accendere una lampadina è persa in
calore: solo il 10% circa della luce prodotta è nello spettro del visibile.
Partendo da questo concetto, si può facilmente arrivare alle stesse problematiche dei chip
elettronici per computer. I produttori di CPU
come Intel ed AMD, hanno compiuto importanti
passi avanti in questo settore, ma il controllo del calore dissipato continua ad essere un problema
di difficile soluzione.
L´idea venuta ad Eneco, una startup company americana, è stata quella di sfruttare qualcosa di
simile al principio di Peltier (applicando una corrente, due superfici di uno stesso blocco possono
assumere andamenti di temperatura inversamente proporzionali): quello che l´azienda stessa
definisce "Power Chip" è una soluzione che permette di convertire direttamente il calore in
elettricità o, inversamente, è in grado di raggiungere -200°C quando ai suoi capi è applicata una
corrente. Il Dr. Lew Brown, presidente e CEO di Eneco afferma che questo chip può essere
comparato all´invenzione del transistor, o della TV, o del primo velivolo.
La tecnologia utilizzata dal Power Chip si basa sul concetto dell´emissione termoionica causata
dalle vibrazioni dovute all´energia termica che supera le forze elettrostatiche che
mantengono gli elettroni sulla superficie. Gli elettroni liberi possono migrare, dunque, verso
una superficie metallica fredda che crea una carica elettrica che è possibile riutilizzare. Al
crescere della temperatura, tale effetto aumenta drasticamente.
Il chip è in grado di funzionare fino a temperature di 600°C e può convertire calore in elettricità
con una efficienza
compresa fra il 20% ed il 30%. Eneco prevede che inizialmente la sua
tecnologia possa essere utilizzata nelle stazioni di monitoraggio e nei missili per lo spazio. Allo
stesso tempo, però, la società sta sviluppando i contatti con produttori come Apple e Dell per
capire quali possono essere le reali applicazioni di un tale chip nei tipici PC.
Addirittura sembra che un´altra azienda, nota come Power Chips, abbia sviluppato un´idea
simile a qualle di Eneco ma raggiungendo risultati migliori, con una efficienza di conversione
compresa fra il 40% ed il 50%. La differenza fra i due approcci sta nel fatto che Power Chips ha
inserito un gap vuoto fra i due metalli (10 micron) mentre Eneco vi ha inserito un transistor. Ed è
proprio questo spazio vuoto che aumenta l´efficienza in quanto il calore trova più difficilmente la
strada per tornare indietro.
Nanotech Materiali nuovi per un mondo nuovo. Ma sui giornali se ne parla poco, e male. Detto in maniera
semplicistica e barbara: si è arrivati a modificare i materiali a livello molecolare. Ci sono aziende che hanno
sviluppato "nanoreticoli" particellari: un velo di molecole sopra un materiale. Risultato? Un pezzo di legno, leggero
come il legno, resistente al calore come il legno, insomma un pezzo di legno, ma ricoperto di uno strato invisibile di
molecole di acciaio. E quindi resistente come l'acciaio. Per ora è una tecnologia ancora troppo costosa, ma tutti
sanno che quando il problema diventa come abbassare i costi di produzione, la questione non è più se ma quando.
Quando si svilupperà una tecnologia del genere gli impatti saranno enormi, paragonabili alla macchina a vapore, al
computer. Non avremo più vincoli di alcun tipo rispetto alla composizione molecolare: non avrà più senso dire "Ho dei
bicchieri di plastica" perchè saranno trasparenti come il vetro ma resistenti quando la plastica, magari più leggeri. Il
concetto stesso di plastica e di vetro, chiaramente, sfuma. O svanisce. E' questo l'impatto emotivo che fa questa
corsa silenziosa, che fa essere i governi prudenti e le aziende discrete.
Struttura molecolare di un polimero "shape memory"
Polimeri L'altra corsa, parallela, intrecciata, è quella ai polimeri. Sono dei materiali particolari che, grazie alla loro
peculiare struttura, posseggono una "memoria molecolare" rispetto alla loro forma. In altre parole: i polimeri sono
materiali che possono assumere una forma se riscaldati, adattandosi per esempio alla forma di una mano. Ma non
solo: se riscaldati nuovamente, ritornano ad assumere la forma originaria. Già ora questa tecnologia è usata da
un'azienda italiana per produrre forchette per disabili (che diventano automaticamente ergonomiche e tornano
normali in lavastoviglie). O per produrre aghi endovenosi che si "adattano" alla vena, di modo che essa non possa
"uscire" per un movimento inconsulto del paziente. Ma questi sono solo applicazioni minori, specialistiche. Il
traguardo deve ancora arrivare, ma si avvicina sempre di più.