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Per ottenere una produzione diretta di idrogeno dall’energia solare, non passando per la rete elettrica, è uno dei grandi obiettivi della ricerca moderna. In questi anni i dispositivi fotoelettrochimici abbiano dimostrato prestazioni in crescita, i migliori risultati sono sempre stati su scala di laboratorio ad eccezione per l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) che ha costruito e testato un efficiente sistema integrato per la produzione del vettore su scala di kilowatt. Gli scienziati hanno realizzato un reattore solare che utilizza la luce concentrata per generare idrogeno verde e ossigeno direttamente dall’acqua.
reattore solare
Il sistema è costituito da una grande parabola riflettente che concentra la luce solare sul reattore fotoelettrochimico integrato, posizionato nel punto focale. Quando viene pompata acqua al suo interno, la corrente elettrica generata dai fotoelettrodi scinde le molecole di H2O in idrogeno e ossigeno. La concentrazione luminosa genera anche calore che viene fatto passare attraverso uno scambiatore in maniera da essere “riciclato” per altri usi. Il design del reattore solare permette anche di recuperare (anziché disperdere in atmosfera) l’ossigeno.
L’impianto pilota realizzato nel campus dell’EPFL è stato testato in condizioni reali. La sperimentazione ha mostrato un’efficienza luce solare-idrogeno sopra il 20% a livello di dispositivo e un tasso di produzione dell’H2 superiore ai 2 kW; il reattore solare ha prodotto circa 500 grammi di idrogeno al giorno. “Con una potenza di uscita di oltre 2 kilowatt, abbiamo superato il limite di 1 kilowatt per il nostro reattore pilota mantenendo un’efficienza record per questa vasta scala”, ha affermato Haussener.
Quale il prossimo passo? I ricercatori, tramite lo spin-off di LRESE, la SoHHytec, stanno già pensando all’implementazione commerciale. Il primo a sperimentare un impianto su scala 100 kW potrebbe essere un produttore di metalli svizzero che sfrutterà l’idrogeno per i suo processi di ricottura. L’ossigeno verrebbe invece destinato agli ospedali della zona e il calore impiegato per riscaldare l’acqua in fabbrica. La ricerca è stata pubblicata su Nature Energy (il testo in inglese).
Giuseppe
divulgatore scientifico
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La vita sulla terra oggi è regolata dalla presenza dei satelliti. Basta pensare ai satelliti che forniscono ad esempio la present position agli aerei, alle auto (vedi tom tom), alla navigazione in genere. I satelliti hanno diversi impieghi come quelli che controllano l'attività solare. Importante è il satellite Grace che fornisce anche i dati sullo stato delle falde acquifere importanti per la vita terrestre; quest'ultime sembrano in esaurimento mentre la popolazione terrestre passerà nei prossimi decenni da 8 miliardi attuali a 11 per cui aumenterà la richiesta di acqua dolce per avere più cibo. Servirebbe allo scopo un piano di sviluppo per la produzione di acqua dolce per le diverse necessità di vita magari ricorrendo e sviluppando nuove tecnologie su desalinizzatori impiegando desalinizzatori che sfruttano l'osmosi inversa. Vediamo ora il satellite Grace che controlla tra l'altro lo stato delle falde acquifere che potrebbe contribuire in futuro a contrastare la desertificazione.
Il satellite GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) è una missione congiunta della NASA e del Centro Tedesco di Ricerca per le Geoscienze (GFZ) lanciata nel marzo 2002. Il suo obiettivo principale è quello di misurare le variazioni nel campo gravitazionale terrestre, fornendo importanti informazioni sulla distribuzione e sulla variazione del volume d'acqua sulla Terra, comprese le falde acquifere.
Satellite gravimetry | Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)
Il funzionamento del satellite GRACE si basa su due satelliti identici che orbitano intorno alla Terra a una distanza fissa l'uno dall'altro. Misurando le minime variazioni nella distanza tra i due satelliti, GRACE è in grado di rilevare le variazioni nella distribuzione della massa sulla Terra, comprese le variazioni nel volume d'acqua sotterranea.
Per quanto riguarda le falde acquifere, il satellite GRACE è stato utilizzato per monitorare i cambiamenti nel loro volume nel corso del tempo. Questo è importante perché le falde acquifere forniscono acqua potabile e sostentamento per molte comunità in tutto il mondo, e le variazioni nel loro volume possono avere un impatto significativo sull'approvvigionamento idrico e sull'ecosistema circostante.
Utilizzando i dati raccolti dal satellite GRACE, gli scienziati sono in grado di monitorare le variazioni nel livello delle falde acquifere, identificare regioni a rischio di esaurimento delle risorse idriche e sviluppare strategie di gestione sostenibile delle risorse idriche. Inoltre, i dati di GRACE sono utilizzati per studiare il cambiamento climatico, le dinamiche delle piogge e il ciclo idrologico globale, fornendo importanti informazioni per comprendere meglio il comportamento del sistema Terra.
Giuseppe
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Nello sviluppo delle tecnologie militari vediamo il Gcap. L’obiettivo è realizzare il successore dell’Eurofighter Typhoon. La fase di sviluppo del nuovo aereo da combattimento dovrebbe cominciare nel 2024. Il velivolo dovrebbe entrare in servizio nel 2035.
Il programma è stato lanciato dalla Gran Bretagna nel luglio del 2018, al salone aerospaziale di Farnborough. Si sono associate prima l’Italia e poi il Giappone. L’obiettivo è realizzare il successore dell’Eurofighter Typhoon. La fase di sviluppo del nuovo aereo da combattimento dovrebbe cominciare nel 2024. Il velivolo dovrebbe entrare in servizio nel 2035.
Questo è il Gcap, ovvero Global Combat Air Program, il nuovo nome dell’originario progetto Tempest, che punta a realizzare un cacciabombardiere di sesta generazione. Sesta generazione nel gergo dell’industria delle armi significa un velivolo più evoluto rispetto all’F-35, il micidiale, ma controverso per i costi elevati, cacciabombardiere prodotto da Lockheed in un programma internazionale con molti paesi, al quale ha aderito anche l’Italia. Per semplicità si parla di aereo, ma sarà un sistema più complesso, con un velivolo da combattimento accompagnato da sciami in cui ci saranno anche droni, cioè aerei senza pilota a bordo, i tecnici del settore parlano di sistema di sistemi. Come si articolerà in concreto è materia coperta da segreto.
Il 14 dicembre scorso a Tokyo è stato firmato il trattato internazionale dai ministri della Difesa dei tre paesi, Minoru Kihara (Giappone), Grant Shapps (Gran Bretagna) e Guido Crosetto. Hanno sottoscritto la Convenzione sull’istituzione della «Gcap international government organization» (Gigo). Il trattato stabilisce che saranno in Gran Bretagna sia la sede dell’organizzazione governativa sia la sede di quella industriale per la realizzazione del velivolo. La Gigo nella fase iniziale sarà guidata da un giapponese. Nella struttura industriale sottostante il primo a.d. sarà un italiano, espresso da Leonardo. Nell’ex Finmeccanica il direttore del programma Gcap è Guglielmo Maviglia. Ma il gruppo guidato da Roberto Cingolani (a.d. e d.g.) e Lorenzo Mariani (condirettore generale) non ha ancora comunicato chi sarà il manager designato, è in corso un approfondimento.
Giuseppe
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Un gruppo di ingegneri e chimici ha creato un nuovo catalizzatore a tre elementi per la scissione dell’acqua, che vanta una durata eccezionale anche in ambienti acidi altamente corrosivi
Addio al platino e iridio, arriva il catalizzatore bifunzionale RuSiW . Per catalizzatore si intende un componente chimico che favorisce la reazione chimica ma rimane inerte.
Buone nuove per la produzione di idrogeno verde. Uno studio condotto dall’Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan (UNIST) e dall’Istituto Avanzato Coreano di Scienza e Tecnologia (KAIST), in Corea del Sud, ha creato un catalizzatore bifunzionale, economico e durevole da impiegare negli elettrolizzatori PEM (membrana a scambio protonico).
Il risultato raggiunto dal gruppo, guidato dai professori Jungki Ryu e Dong-Hwa, rappresenta una svolta fondamentale per le tecnologie di scissione dell’acqua e potrebbe costituire un importante passo avanti per accelerare l’economia dell’idrogeno. Per comprenderne la portata è bene fare qualche passo indietro.
Nel dettaglio il nuovo catalizzatore presenta una struttura drogata con tungsteno e silicio attorno a un atomo di rutenio, che ne migliora la stabilità. La capacità di accelerazione della reazione è stata alzata aumentando l’intensità di adsorbimento dei protoni sulla sua superficie. Al punto che il composto mostra un’attività più elevata nella reazione di sviluppo dell’idrogeno rispetto ai catalizzatori al platino disponibili in commercio.
“Lo sviluppo di questo catalizzatore a tre elementi è significativo“, spiega il professor Ryu. “Possiede il potenziale per sostituire i costosi platino e iridio. Si prevede che sarà applicato a sistemi di produzione di idrogeno verde di elevata purezza, come gli elettrolizzatori PEM, poiché può essere sintetizzato facilmente e stabilmente anche in condizioni acide altamente corrosive“.
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Notizia di scenari economici. Questo nuovo materiale si chiama carburo di silicio amorfo (a-SiC) e potrebbe avere una serie di applicazioni che vanno oltre i dispositivi di protezione per consentire microchip altamente sensibili.
I ricercatori della Delft University of Technology hanno creato un nuovo materiale che ha una resistenza allo snervamento dieci volte superiore al Kevlar, rivaleggiando con la forza di altre alternative super resistenti come il grafene e i diamanti. Lo studio è stato pubblicato su Advanced Materials.
Le fibre sintetiche ad alta resistenza come il Kevlar sono rinomate per la loro notevole resistenza all’abrasione e all’usura. Sono utilizzati soprattutto in applicazioni di rinforzo e rafforzamento, in particolare in giubbotti antiproiettile, caschi e altri indumenti protettivi.
“Per comprendere meglio la caratteristica cruciale dell'”amorfo”, pensate alla maggior parte dei materiali come costituiti da atomi disposti in uno schema regolare, come una torre di Lego costruita in modo intricato”, ha spiegato l’assistente professore Richard Norte che ha guidato il nuovo lavoro.
“Questi sono definiti materiali “cristallini”, come ad esempio il diamante. Ha atomi di carbonio perfettamente allineati, contribuendo alla sua famosa durezza.
Tuttavia, questa randomizzazione non porta alla fragilità come si potrebbe supporre. Il carburo di silicio amorfo, infatti, fornisce la prova che la resistenza può nascere dall’imprevedibilità poiché il materiale vanta una resistenza alla trazione di 10 GigaPascal (GPa).
Immaginate di provare ad allungare un pezzo di nastro adesivo finché non si rompe. Ora, se volessi simulare una sollecitazione di trazione equivalente a 10 GPa, dovresti appendere una decina di auto di medie dimensioni da un’estremità all’altra su quella striscia prima che si rompa“, ha detto Norte.
l nuovo materiale ultraleggero è più resistente dell’acciaio e del Kevlar, ma anche altre caratteristiche interessanti.
Oltre alla sua notevole resistenza, questo materiale presenta qualità meccaniche essenziali per l’isolamento dalle vibrazioni su un microchip. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è particolarmente adatto per creare sensori a microchip estremamente sensibili.
Un nuovo metodo per creare sensori estremi
Per studiare questo potenziale applicativo unico, i ricercatori hanno utilizzato un metodo basato su microchip per i test sui materiali, che garantisce una precisione senza precedenti. Sono stati in grado di creare forze di trazione elevate facendo crescere le pellicole di carburo di silicio amorfo su un substrato di silicio e sospendendole. Ciò è stato reso possibile dalla forma delle nanostringhe.
Si è poi proceduto a monitorare attentamente il punto di rottura dei materiali creando numerose di queste strutture con sollecitazioni di trazione progressivamente maggiori. Le nanostringhe sono state impiegate come base su cui costruire strutture sospese più complesse perché mostrare un’elevata resistenza allo snervamento nei componenti equivale a mostrare forza nella loro forma più elementare.
I ricercatori hanno riferito che il nuovo materiale è altamente scalabile, cioè producibile in quantità industriali, soprattutto rispetto ad altre alternative come il grafene e i diamanti, che sono costosi e inefficienti da produrre. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è estremamente promettente per applicazioni che vanno dagli strumenti all’avanguardia per l’esplorazione spaziale e le tecnologie di sequenziamento del DNA ai sensori di microchip altamente sensibili e alle sofisticate celle solari.
“Con l’emergere del carburo di silicio amorfo, siamo sulla soglia della ricerca sui microchip ricca di possibilità tecnologiche”, ha affermato Norte.
Giuseppe
divulgatore scientifico
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