I ricercatori dell’EPFL hanno scoperto come sfruttare il potenziale energetico dell’evaporazione attraverso l’effetto idrovoltaico (HV)
Lo studio effettuato da Giulia Tagliabue, responsabile del Laboratorio di Nanoscienze per le Tecnologie Energetiche (LNET) della Facoltà di Ingegneria, e dalla dottoranda Tarique Anwar e recentemente pubblicato sulla rivista Cell Press Device evidenzia che i dispositivi su scala nanometrica che sfruttano l’effetto idroelettrico possono raccogliere elettricità dall’evaporazione di fluidi con concentrazioni di ioni più elevate rispetto all’acqua purificata, rivelando un vasto potenziale energetico non sfruttato.
Come scrive Celia Luterbacher nell’articolo su EPFL “l’evaporazione è un processo naturale così onnipresente che la maggior parte di noi lo dà per scontato. Infatti, circa la metà dell’energia solare che raggiunge la terra determina processi di evaporazione. Dal 2017, i ricercatori stanno lavorando per sfruttare il potenziale energetico dell’evaporazione attraverso l’effetto idrovoltaico (HV), che consente di raccogliere elettricità quando il fluido viene fatto passare sulla superficie carica di un dispositivo su scala nanometrica.”
“Sebbene attualmente esistano dispositivi idrovoltaici, c’è pochissima comprensione funzionale delle condizioni e dei fenomeni fisici che governano la produzione di energia ad alta tensione su scala nanometrica.”
“Grazie alla nostra nuova piattaforma altamente controllata, questo è il primo studio che quantifica questi fenomeni idrovoltaici evidenziando il significato di varie interazioni interfacciali. Ma nel processo, abbiamo anche fatto una scoperta importante: che i dispositivi idrovoltaici possono funzionare su un’ampia gamma di salinità, contraddicendo la comprensione precedente secondo cui per ottenere le migliori prestazioni era necessaria acqua altamente purificata”, ha affermato Tagliabue.
Il dispositivo dei ricercatori rappresenta la prima applicazione idrovoltaica di una tecnica chiamata litografia colloidale della nanosfera, che ha permesso loro di creare una rete esagonale di nanopilastri di silicio distanziati con precisione. Gli spazi tra i nanopilastri hanno creato i canali perfetti per l’evaporazione dei campioni di fluido e potrebbero essere regolati con precisione per comprendere meglio gli effetti del confinamento del fluido e l’area di contatto solido/liquido.
“Nella maggior parte dei sistemi fluidici contenenti soluzioni saline, è presente un numero uguale di ioni positivi e negativi. Tuttavia, quando si confina il liquido in un nanocanale, rimarranno solo gli ioni con una polarità opposta a quella della carica superficiale”, ha spiegato Anwar. “Ciò significa che se si consente al liquido di fluire attraverso il nanocanale, si generano corrente e voltaggio”.
«Ciò risale alla nostra principale scoperta secondo cui l’equilibrio chimico per la carica superficiale del nanodispositivo può essere sfruttato per estendere il funzionamento dei dispositivi idrovoltaici su tutta la scala della salinità», ha aggiunto Tagliabue. “In effetti, all’aumentare della concentrazione di ioni fluidi, aumenta anche la carica superficiale del nanodispositivo. Di conseguenza, possiamo utilizzare canali dei fluidi più grandi mentre lavoriamo con fluidi a concentrazione più elevata. Ciò rende più semplice fabbricare dispositivi da utilizzare con acqua di rubinetto o di mare, invece che solo con acqua purificata”.
