INNOVAZIONE E TECNOLOGIE

Disruptive Frontiers of Solar Energy

L' energia solare può essere considerata la fonte di energia primaria per eccellenza. Il suo sfruttamento può avvenire attraverso la conversione diretta della luce in energia elettrica (effetto fotovoltaico).
Il componente base dei sistemi fotovoltaici è la cella solare costituita da una fetta (wafer) di qualche decimo di millimetro o uno strato sottile di pochi micron di materiale semiconduttore, quale il silicio, opportunamente trattato. Attualmente i costi di generazione elettrica da impianti fotovoltaici sono ancora elevati (0,2-0,5 €/kWh).
Il superamento dei limiti attuali richiede l’introduzione di tecnologie in grado di ridurre la quantità di silicio impiegata a parità di energia prodotta e nel lungo termine la sostituzione del silicio con materiali polimerici o organici il cui costo di produzione sia significativamente più basso, con prestazioni confrontabili con quelle del silicio che raggiunge anche il 20% di efficienza.
Eni ha avviato diverse attività di ricerca nel campo di tecnologie solari nuove o emergenti, potenzialmente in grado di generare discontinuità significative. In particolare le attività riguardano le celle solari a base di materiali organici e nanocompositi, che sono tra le più promettenti per la possibilità di produzione a basso costo. Anche nel campo del solare termico a concentrazione eni ha avviato attività di R&S per sviluppare tecnologie che possano produrre efficaci innovazioni tecniche. Per maggiori dettagli consulta la sezione Programma Along with Petroleum.
Eni ha stipulato con il MIT di Boston un accordo strategico nell'ambito della ricerca energetica. Il fulcro della collaborazione è il "Solar Frontiers Research Program ", un programma finalizzato allo sviluppo di tecnologie solari avanzate, a cui eni destinerà 25 milioni di dollari in cinque anni. Tale programma è incentrato su sei aree: nanotecnologie e energia solare; concentratori solari luminescenti; energia solare e approcci biomimetici; fotosintesi artificiale; nuovi materiali per l'energia; nuovo approccio al solare a concentrazione.

Materiali fotoattivi
Fotoproduzione di idrogeno
solare termodinamico

Schema di materiale fotoattivo Nel 2008 nei laboratori del Centro Ricerche per le Energie non Convenzionali – Istituto Donegani sono stati individuati alcuni tipi di materiali capaci di funzionare da convertitori di spettro, cioè di aumentare la quantità di energia solare utilizzabile da un sistema fotovoltaico. I materiali e le relative preparazioni sono originali e su queste basi sono in fase di deposito alcune domande di brevetto.
Le lastre fotoattive sono state ottenute per deposizione a basso costo di un film sottile di materiale acrilico contenente i coloranti su lastrine di Plexiglas™ commerciale.
Se illuminate con luce ultravioletta, non visibile all'occhio umano, queste lastre emettono luce visibile, blu o rossa a seconda del tipo di elemento utilizzato, operando quindi una conversione di spettro. Il dispositivo aumenta quindi la frazione di energia solare trasformabile in energia elettrica da un sistema fotovoltaico.

Schema della fotoproduzione di idrogeno La produzione di idrogeno per mezzo dell'energia solare (fotoproduzione) è l'altra grande frontiera del solare avanzato. Questa tecnologia può costituire un sistema di immagazzinamento dell'energia solare – per sua natura intermittente. Presso il Centro Ricerche per le Energie non Convenzionali – Istituto Donegani sono stati sintetizzati alcuni materiali, tra cui biossido di titanio e ossido di tungsteno in forma di nanotubi, per la conversione della luce in energia chimica nel ciclo di scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno. La procedura è originale ed è in corso di deposito una domanda di brevetto. Sono stati preparati i componenti (fotoanodo) per la realizzazione di una cella foto-elettrochimica con cui è stata decomposta l'acqua per effetto dell'irraggiamento luminoso producendo ossigeno e idrogeno allo stato gassoso.
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Schema di Solare Termodinamico L'energia solare può anche essere impiegata per alimentare cicli termodinamici convenzionali.
In questo caso si impiegano ampi campi di specchi (che occupano circa 2-5 ettari per ogni MW installato) orientati in modo da focalizzare la luce su opportuni elementi ricevitori in cui è riscaldato un fluido termovettore (tipicamente olio diatermico, ma anche sali fusi, come nel progetto Archimede di Enea). Il fluido cede la sua energia termica producendo vapore acqueo che alimenta un classico ciclo a vapore.
Utilizzando specchi orientabili secondo un asse di rotazione, i raggi solari possono essere concentrati su una linea dove sono posizionati i tubi ricevitori percorsi dal fluido termovettore, mentre specchi mobili attorno a due assi di rotazione possono essere puntati su un punto dove si può istallare direttamente una sorta di caldaia e producono di conseguenza maggiori concentrazioni.
In entrambi i casi l'impiego di specchi consente in definitiva di concentrare notevolmente energia contenuta nella luce solare (da parecchie decine a svariate centinaia di volte) permettendo di raggiungere le temperature richieste in questo tipo di applicazione (diverse centinaia di gradi centigradi).
Questi sistemi presentano elevati costi d'investimento, ma costi operativi relativamente limitati, poiché non implicano consumi di combustibile e non producono emissioni di gas serra durante il funzionamento.