Energia infinita dagli oceani? Questo nanodispositivo ci si avvicina

Una ricerca dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) apre prospettive interessanti nel campo della generazione energetica alternativa, sfruttando un fenomeno ancora poco esplorato: l'elettricità prodotta dall'evaporazione dell'acqua salata. Il lavoro, pubblicato su Nature Communications, descrive un nanodispositivo capace di generare corrente stabile in modo autonomo combinando luce, calore e dinamiche ioniche.

Il sistema messo a punto dal laboratorio LNET dell'EPFL si basa sull'effetto idrovoltaico, un fenomeno che consente di generare elettricità quando un fluido interagisce con una superficie carica su scala nanometrica. Il dispositivo utilizza un semiconduttore in silicio strutturato in nanopilastri disposti in una rete esagonale: gli spazi tra questi elementi fungono da canali per l'evaporazione dell'acqua salata.

Con

Configurazione sperimentale

A differenza degli approcci precedenti, che puntavano ad accelerare semplicemente l'evaporazione, il team guidato da Giulia Tagliabue e Tarique Anwar ha dimostrato come luce e calore possano essere utilizzati per controllare direttamente il movimento degli ioni nel liquido e degli elettroni nel semiconduttore.

Il principio fisico alla base del dispositivo è più complesso della semplice evaporazione. Il calore accelera il passaggio dell'acqua allo stato di vapore, ma allo stesso tempo modifica la carica superficiale del semiconduttore, rendendola più negativa. La luce solare, invece, eccita gli elettroni nel silicio.

Parallelamente, l'evaporazione dell'acqua salata induce una separazione di cariche ioniche all'interfaccia liquido-solido, generando un campo elettrico che mette in movimento gli elettroni eccitati. Questo processo combinato consente di produrre energia in modo continuo.

Secondo i ricercatori, l'integrazione di luce e calore può aumentare la produzione energetica fino a cinque volte rispetto ai sistemi idrovoltaici tradizionali, sfruttando un effetto naturale finora non valorizzato in modo sistematico.

Uno degli elementi distintivi del progetto è la struttura a tre livelli, ciascuno dedicato a una funzione specifica:

• uno strato superiore per l'evaporazione
• uno intermedio per il trasporto ionico
• uno inferiore per la raccolta della carica elettrica

Questa separazione consente di analizzare e ottimizzare ogni fase del processo in modo indipendente, migliorando l'efficienza complessiva e permettendo una modellazione più precisa del fenomeno.

Il dispositivo raggiunge valori di circa 1 volt e una densità di potenza pari a 0,25 W/m², risultati comparabili o superiori ad altre tecnologie analoghe. Un aspetto rilevante riguarda la stabilità nel tempo: i sistemi idrovoltaici tradizionali tendono a degradarsi sotto l'esposizione prolungata a luce, calore e acqua salata.

Schema del dispositivo idrovoltaico. Sopra la superficie superiore dell'elettrodo di evaporazione, sotto la matrice di nanopilastri di silicio immersi nell'acqua

Per mitigare questo problema, i nanopilastri in silicio sono rivestiti con uno strato di ossido che previene reazioni chimiche indesiderate, migliorando la resistenza in ambienti corrosivi e garantendo un funzionamento continuo.

Le prospettive applicative riguardano soprattutto dispositivi a basso consumo energetico. I ricercatori indicano come possibili scenari reti di sensori ambientali autonome, dispositivi IoT distribuiti e wearable senza batteria.

Ulteriori sviluppi saranno necessari per scalare la tecnologia e migliorarne la densità energetica, ma i risultati ottenuti suggeriscono un potenziale significativo per applicazioni future nel campo dell'energia distribuita e sostenibile.