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Gli scienziati dell'Università di Rochester hanno segnato un nuovo traguardo nel campo delle energie rinnovabili con lo sviluppo di un innovativo generatore termoelettrico solare (STEG), basato su un rivoluzionario metallo nero, lavorato tramite impulsi laser femtosecondi. Questo dispositivo ha dimostrato un'efficienza 15 volte superiore rispetto ai migliori modelli attualmente sul mercato, aprendo nuove strade per l'approvvigionamento energetico sostenibile.
Sebbene il progetto sia ancora in fase di sviluppo, i ricercatori prevedono una vasta gamma di applicazioni per questi nuovi generatori. Essi potrebbero infatti alimentare dispositivi elettronici portatili di piccole dimensioni o persino costituire la base per sistemi di energia rinnovabile autonomi, particolarmente utili in aree remote o rurali. Tuttavia, la commercializzazione e la scalabilità di questa tecnologia richiedono ulteriori verifiche e sperimentazioni.
A differenza delle tradizionali pannelli fotovoltaici, che trasformano la luce in elettricità, i generatori STEG sfruttano l'energia solare termica. Il loro funzionamento si basa sulla differenza di temperatura fra una "parte calda" e una "parte fredda", generando energia elettrica sfruttando l'effetto Seebeck. Tuttavia, anche i migliori generatori STEG esistenti convertono soltanto circa l'1% dell'energia solare assorbita, mentre i pannelli solari comuni superano il 20% di efficienza.
Il professor Chunlei Guo, esperto di ottica e fisica e autore principale dello studio, ha evidenziato come i tentativi precedenti di miglioramento delle performance si siano concentrati sui materiali semiconduttori, senza risultati significativi. L'approccio adottato dai ricercatori di Rochester, invece, punta sulla modificazione strutturale delle superfici "calda" e "fredda" del generatore.
Una parte fondamentale dello sviluppo è stata la lavorazione della "faccia calda" con la tecnologia del "metallo nero", precedentemente realizzata nel laboratorio di Guo. Questo strato di tungsteno è capace di assorbire la luce solare in modo molto efficiente. Successivamente, il metallo è stato ulteriormente elaborato con laser femtosecondi, creando delle nanostrutture che aumentano l'assorbimento di energia e riducono le dispersioni termiche in maniera significativa.
In aggiunta, uno strato sottile di plastica applicato sopra il metallo ha creato un effetto serra in miniatura, mantenendo il calore e aumentando la temperatura del lato "caldo". Dall'altro lato, la "faccia fredda" è stata migliorata con lo stesso laser, imprimendo nanostrutture su un radiatore di alluminio, raddoppiando l'efficienza di dissipazione termica.
Queste modifiche hanno portato a un generatore STEG dalla performance senza precedenti, capace di produrre fino a 15 volte l'energia rispetto ai suoi predecessori. I test iniziali, che hanno incluso l'alimentazione di LED, sono stati promettenti. Secondo Guo, in futuro, queste versioni commerciali potranno fornire energia alle aree isolate a costi inferiori rispetto ai pannelli fotovoltaici e potranno essere adatte per alimentare dispositivi di bassa potenza come sensori per l'Internet of Things (IoT) e gadget indossabili.
Un ulteriore potenziale risiede nell'adattamento di questa tecnologia per sistemi ibridi, capaci di utilizzare sia il calore solare che altre fonti energetiche, aumentando così la flessibilità e le possibilità d'impiego in vari contesti.
