La ricerca sui nanofili potrebbe annunciare una nuova generazione di dispositivi portatili alimentati con combustibile solare
I combustibili solari, ossia combustibili chimici sintetici prodotti utilizzando la luce solare per la fotosintesi, sono una promettente alternativa rinnovabile ai combustibili fossili che potrebbe ridurre le emissioni di carbonio. Ricercatori finanziati dall’UE nell’ambito del progetto SOLARFUELS hanno sviluppato un nuovo processo per produrre nanofili allineati in carburo di silicio su larga scala, aprendo la strada all’utilizzo dei nanofili nella progettazione di futuri dispositivi portatili alimentati con combustibile solare che hanno il potenziale di rimpiazzare gli ingombranti pannelli solari e le batterie. I nanomateriali possiedono un’ampia area superficiale, che incrementa l’efficienza di conversione dell’energia, mentre i nanofili semiconduttori in carburo di silicio mostrano efficienti prestazioni fotocatalitiche con luce visibile. L’allineamento dei nanofili rende più facile il controllo della capacità di raccolta della luce, e rappresenta un passo in avanti fondamentale in vista della progettazione del dispositivo. “Nanofili allineati di carburo di silicio che promuovono la raccolta della luce e il trasferimento di elettroni possono essere sfruttati per convertire l’energia solare,” dice Jindui Hong, che ha ricevuto una borsa di studio Marie Skłodowska-Curie di due anni per effettuare la ricerca presso l’Università di Oxford nel Regno Unito. “Adesso abbiamo mostrato questa conversione. Ma soprattutto, l’abbiamo misurata usando uno strumento diagnostico in loco che abbiamo anche sviluppato nell’ambito dei precedenti progetti DEDIGROWTH e DEVICE, finanziati dall’UE,” dice la coordinatrice del progetto SOLARFUELS Nicole Grobert, professoressa di nanomateriali a Oxford. “Abbiamo misurato la massa delle molecole che vengono rilasciate, che in precedenza era stata solo prevista in teoria per la conversione nanotubo carbonio-carburo di silicio,” lei afferma. “Si tratta della prima volta in cui sono stati effettuati degli esperimenti per monitorare la reazione di conversione in loco al fine di comprendere come si formano questi nanofili.” “Modificando la chimica dei nanotubi di carbonio e creando dei nanofili di carburo di silicio, abbiamo il controllo sulla banda proibita, che non si otterrebbe necessariamente con i convenzionali nanotubi in carbonio a parete multipla,” lei spiega, facendo riferimento agli strati multipli di carbonio arrotolati delle ricerche precedenti, che hanno delle proprietà differenti. Portare su scala industriale Il principale collo di bottiglia nell’utilizzo dei nanomateriali in applicazioni industriali è rappresentato dall’essere in grado di produrre su larga scala senza modificare le proprietà del materiale, dal momento che la maggior parte della ricerca sulla fotosintesi effettuata usando i nanomateriali si basa su osservazioni sperimentali di poche molecole o milligrammi invisibili a occhio nudo. Il laboratorio dell’Università di Oxford è già attrezzato per una grande produzione di nanotubi allineati di carbonio, per produrre i nanofili allineati di carburo di silicio è stata quindi usata una sagoma di nanotubo in carbonio. “Abbiamo inventato una ricetta che ci ha permesso di creare nanofili in carburo di silicio su una scala nell’ordine dei grammi. Quando li abbiamo testati si è visto che erano efficienti nella reazione fotocatalitica con luce visibile,” dice la professoressa Grobert. “Adesso abbiamo abbastanza nanomateriale per creare un dispositivo portatile leggero, che potrebbe essere utilizzato in movimento.” La progettazione e la creazione di un dispositivo tascabile saranno il lavoro di un nuovo progetto. Dato che la luce solare è principalmente luce visibile, “essere in grado di raccogliere la luce visibile e di convertirla in energia è un grande successo. Possiamo semplicemente illuminare qualcosa, eliminando il bisogno di trasformatori e la fase supplementare della generazione dell’energia,” spiega la professoressa Grobert. “In un processo che ha bisogno di energia, si può incanalare la luce solare direttamente nell’applicazione.” Depurazione dell’acqua Anche se l’obiettivo iniziale del progetto era quello di utilizzare i nanomateriali per la conversione dell’energia, i ricercatori hanno anche scoperto che i nanofili in carburo di silicio riducono la contaminazione dell’acqua nella luce visibile in un lasso di tempo molto breve. “Essi sono attivi nella degradazione delle sostanze inquinanti nell’acqua e possono funzionare sia con la luce visibile che con quella ultravioletta,” afferma il dott. Hong.
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