Pale eoliche, centrali idriche, biomasse, fotovoltaico. Dopo il referendum abrogativo che ha rigettato il nucleare, il governo italiano è ancora lontano da un piano di sviluppo che faccia leva su energie rinnovabili e agenti poco inquinanti. Il fotovoltaico organico è tra le nuove frontiere che potrebbero rendere l’Italia competitiva a livello internazionale.
Il fotovoltaico organico è una nuova tecnologia che usa pigmenti organici al posto dei semiconduttori inorganici. Se le comuni celle solari di un pannello usano silicio cristallino, quelle organiche utilizzano un’elettronica veicolata da polimeri conduttori organici a base vegetale (per esempio le antocianine derivate dai frutti di bosco, oppure complessi proteici fotosintetici estratti dalle foglie di spinaci) o da polimeri e molecole sintetizzate che assorbono e trasportano luce.
Cosa sono le celle organiche?
L’elemento vantaggioso è l’alto coefficiente di assorbimento, che favorisce una quantità di luce molto elevata assorbita da una quantità di materiale molto piccolo. Si può pensare a quanto accaduto nel corso dell’evoluzione informatica: all’aumentare della potenza e delle capacità dei microchip, si è sposata la costante e progressiva diminuzione delle dimensioni dell’hardware. I materiali di origine organica sono
ottimi assorbitori di luce solare, si elaborano a spessori infinitesimi su vetro o materie flessibili, non necessitano di precisi angoli di inclinazione rispetto alla luce, possono essere depositati su larghe aree e a costi molto ridotti. La struttura base di una cella organica (detta “a sandwich”) è formata da un substrato (vetro o plastica elastica) e da una o più pellicole sottili (da decine a oltre migliaia di volte più sottili dei consueti wafer in silicio), che contengono i materiali fotoattivi, frapposte tra due elettrodi conduttivi. Basandosi sul processo di fotosintesi clorofilliana, le celle organiche più efficienti assorbono in parte la radiazione solare ed in parte estraggono la carica per produrre elettricità. Queste ultime per estrarre la carica assorbita hanno bisogno di ossido di titanio, materiale comune che si può trovare in prodotti di uso quotidiano quali creme solari, dentifrici e vernici idrosolubili. L’obiettivo è evidente: creare una cella solare che sia totalmente ecocompatibile, senza scarichi nocivi per l’ambiente. Con abbattimento dei costi di trasporto e installazione e la capacità di oltrepassare alcuni inevitabili svantaggi come la bassa efficienza (le celle fotovoltaiche completamente polimeriche sono arrivate di recente al 4/5 per cento di efficienza massima) e la bassa stabilità, in particolare ad alte temperature.
CHOSE: un laboratorio per il futuro
Un centro di eccellenza nella ricerca e nella sperimentazione è il Polo Solare Organico della Regione Lazio (CHOSE, Center for Hybrid and Organic Solar Energy), nato nel 2006 dal connubio tra Regione Lazio e Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università di Roma Tor Vergata. Nel corso degli anni ha avviato progetti e partnership per completare la sperimentazione e soprattutto rendere questa tecnologia commerciabile. Un sguardo rivolto al futuro e al consumo consapevole, se si calcola che l’organico può abbattere il costo del fotovoltaico dai circa 6/12 euro watt picco (unità di misura della potenza teorica massima producibile da un generatore) dei pannelli in silicio di oggi a circa 2 euro watt picco. Un’altra operazione comune che vede impegnati Chose, Università della Tuscia, Aero Sekur e Ibaf (Istituto di Biologia Agro-ambientale e Forestale) del Cnr, volge lo sguardo all’orto-floricoltura: creare serre e teli solari ad alta efficienza in cui le piante siano anche analizzate negli effetti qualitativi del metabolismo vegetale. Al Tecnopolo Tiburtino di Roma, Thomas Brown, ricercatore italiano rientrato da Cambridge, sta sperimentado con successo altre due innovazioni: celle solari flessibili e semitrasparenti da poter utilizzare come copertura per l’architettura urbana di ogni città (i cosiddetti BIPV, Building-integrated Photovoltaics, così sensibili da far filtrare luce anche negli interni); gli Oled (Organic light-emitting diode), ovvero materiali che permettono di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria. Proprio i BIPV sono al centro di un accordo che il CHOSE ha stipulato con Erg Renew Permasteelisa e Dyesol Italia per lo sviluppo industriale di facciate fotovoltaiche. L’organico al servizio del nostro quotidiano. Immaginare il fotovoltaico in contesti diffusi (telefonini, borse e capi d’abbigliamento, condizionatori, computer, ombrelloni), con potenzialità di ricarica energetica tramite cellule fotovoltaiche organiche flessibili, sembrava fino ad oggi impossibile. La ricerca fatta da centri come il Polo Solare Organico dimostra il contrario. Un mercato nuovo da esplorare e sviluppare. Soprattutto per il fortissimo potenziale che il fotovoltaico può avere in Italia, dove – da un punto di vista puramente teorico – il 10 per cento dei tetti delle nostre abitazioni consentirebbe di coprire circa il 10 per cento del fabbisogno elettrico nazionale. Secondo i dati elaborati da ENER20 (azienda che offre ai consumatori di diventare produttori di energia solare installando impianti sul tetto di casa), se cinque milioni di famiglie italiane installassero sul tetto un pannello, si potrebbero produrre 20 miliardi di kilowattora per 20.000 megawatt, circa il 6 per cento del fabbisogno nazionale. I tetti esistenti in Italia ammontano infatti a circa 1500 km², occupando lo 0,5 per cento del territorio. Installando sul 10 per cento dei tetti degli impianti solari, si produrrebbero 22 terawattora l’anno, ossia il 7 per cento di tutti i consumi elettrici (l’operatore di reti Terna ha stimato in 319 terawattora il consumo in Italia nell’anno 2007).
Il potere del mirtillo
Come detto, il fotovoltaico organico può dare una svolta ulteriore a questo processo. A Settimo Torinese, la Cyanine Technologies (società costituita nel 2006 da alcuni ricercatori della Facoltà di Chimica dell’Università di Torino) e Pianeta, azienda del Gruppo Asm (municipalizzata settimese), hanno messo a punto dei prototipi avanzati di DSSC (Dye Sensitized Solar Cells), il fotovoltaico di terza generazione brevettato nel 2010 dallo studioso svizzero Michael Gratzel. Le dye (i coloranti che insieme all’elettrolita trasferiscono elettroni alla pasta di titanio che li assorbe generando corrente) sono appunto molecole
organiche estratte da frutti o dall’argilla. Il prototipo della Cyanine sfrutta le antocianine, i pigmenti contenuti nel mirtillo. Per abbattere i costi elevati dell’attuale energia solare e la scarsità del silicio, le celle potranno essere applicate in nuovi e differenti contesti, grazie alle diverse colorazioni e gradi di trasparenza ottenibili sulla base della tipologia di dye impiegato. Un vantaggio ulteriore è la capacità di carpire luce anche in condizioni di nuvolosità. Un precedente che ora è stato adottato dal Centro per le Nanoscienze Cnst del Politecnico di Milano, nato dalla collaborazione tra Politecnico e IIT, Istituto Italiano di Tecnologia. In Inghilterra la Oxford Photovoltaics è stata premiata dal Technology Strategy Board and Research UK per una scoperta sensazionale: lo screen-printing. Per arginare la scarsa longevità dei materiali organici, gli scienziati inglesi hanno immerso dell’ossido di metallo – usato come conduttore – nella tintura organica. Questo esperimento ha dimostrato come stampando le celle fotovoltaiche sulla superficie di applicazione, si possa facilitare la lavorazione e favorirne la durata. Al MIT (Massachussets Institute of Technology) sono andati oltre: i ricercatori hanno messo a punto delle molecole che ricombinandosi o scindendosi favoriscono un tessuto dinamico per i pannelli, tale da ovviare al deperimento provocato dai raggi solari. Una sorta di “autoriparazione” che permette al sistema di durare nel tempo. Altri due ricercatori del MIT, Ling Kong e Vladimir Bulović (premiati con il Nobel 2010 per la Fisica), hanno invece ipotizzato l’uso del grafene come elettrodo nelle celle solari. Il grafene, costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, è un materiale organico, ha ottime caratteristiche come conduttore, è flessibile e trasparente. Le vie dell’innovazione tecnologica sono davvero infinite.
Soltanto se la politica e l’industria italiana faranno sistema finanziando la ricerca e l’informazione, la strada verso la riconversione sarà finalmente percorribile.
Per saperne di più: il fotovoltaico ai mirtilli: http://www.youtube.com/watch?v=ChbPWT4f0dI