Piezoelettricità, la nuova frontiera dell’energia

13 Nov 2015

Quando si parla di energie rinnovabili è facile pensare ai pannelli fotovoltaici o alle pale eoliche, difficilmente si pensa ai generatori piezoelettrici di 4° generazione. L’energia piezoelettrica è tra le fonti meno note al pubblico ma si sta dimostrando molto interessante in settori quali viabilità ed intrattenimento.

La piezoelettricità mette le sue radici nel lontano 1880 con gli esperimenti di Pierre e Jacques Curie e si basa sulla proprietà di alcuni cristalli di generare energia se sottoposti a compressione meccanica. Tra gli oggetti di uso quotidiano che sfruttano tale principio ci sono per esempio gli orologi al quarzo. Ad oggi l’applicazione di generatori piezoelettrici ha avuto costi piuttosto alti anche se studi, come quello condotto dal team della Georgia Tech University, hanno permesso di sviluppare un nuovo tipo di generatore elettrico in piccola scala. Questo piccolo oggetto è in grado di produrre corrente alternata ed incorporabile in qualsiasi materiale. Tale tecnologia attraverso un ripetuto “stretching” di particolari fili metallici in un substrato di plastica flessibile è in grado di produrre sino a 45 millivolts, circa il 7% di energia meccanica applicata.

Proprio negli ultimi anni si sta assistendo allo sviluppo di progetti estremamente interessanti che sfruttano l’energia piezoelettrica applicata a percorsi o mezzi che normalmente utilizziamo tutti i giorni, raggiungendo risultati interessanti ed abbassando i costi di realizzazione.

Tra le ricerche più curiose si segnala il progetto Watt discoteche ecosostenibili di Rotterdam e la Greenhouse di New York dove è stato possibile sfruttare le sollecitazioni meccaniche applicate dai fruitori della discoteca alla pista da ballo, generando così energia, sino ad un terzo del fabbisogno energetico del locale. Essendo ancora un progetto sperimentale, seppur introdotto nel 2008, l’attuale costo di realizzazione è ancora abbastanza alto: circa 257.000 dollari per il caso olandese. Ciò non toglie che l’applicazione è notevolmente interessante, tenuto in considerazione il fatto che i locali da ballo sono molto diffusi e utilizzano grandi quantità di energia elettrica. Il progetto è stato curato dall’architetto Henk Döll in collaborazione con l’agenzia Enviu e le Università di Delft e Eindhov.

In un certo qual senso anche il progetto promosso da Innowattech sfrutta l’azione meccanica superficiale, solo che in questo caso sono gli automobilisti a produrla, percorrendo ogni giorno la strada per andare al lavoro o per svolgere le proprie faccende. Infatti nel 2008 il professor Haim Abramowitz, della Technion University di Haifa ha presentato un progetto in grado di sfruttare il traffico che quotidianamente intasa le nostre strade, trasformandolo in energia elettrica. Attraverso un doppio strato d’asfalto, all’interno del quale è presente un “imbottitura costituita da una miscela di quarzo, sali, fosfati, minerali piezoelettrici e gli accumulatori collegati alla piattaforma, è possibile ricavare una buona quantità energia pulita. Per fare un esempio, alcune ricerche stanno dimostrando come sia possibile ricavare per ogni km di strada circa 400 kW di energia elettrica.

In pratica i generatori piezoelettrici sono capaci di trasformare la pressione sull’asfalto in energia, pronta da trasferire a una centrale. Il primo caso studio è stato realizzato nel 2009 su una porzione di autostrada di circa 10 km, sulla quale transitano circa  600 auto l’ ora, con una produzione teorica di cinque megawatt, più o meno l’energia necessaria ad illuminare 1500-2000 appartamenti per un’ora. I tempi di ritorno dell’investimento necessario per realizzare le strade “energetiche” si aggirano sui 6-12 anni, a seconda del traffico presente.

A tal proposito la società a capitale privato Innowattech, specializzata nello sviluppo di generatori piezoelettrici, ha sviluppato un nuovo sistema di energia alternativa che raccoglie l’energia meccanica impartita a strade, ferrovie e piste dal passaggio di veicoli e treni e la converte in energia elettrica verde. Inoltre, Innowattech ha sviluppato un generatore unico, che produce energia elettrica dal movimento dei pedoni.

Di fatto con il nome crowd farming (coltivazione di folle, termine coniato dagli architetti del MIT James Graham e Thaddeus Jusczyk nel 2007), si definiscono quei progetti basati sulla produzione di energia piezoelettrica derivante dallo sfruttamento di pavimentazioni di luoghi ad elevato calpestio o passaggio.

A dimostrazione che tale tecnologia funziona ci pensa la Pavegen ed i suoi guadagni, che dal 2010 si aggirano sui 1,5 miliardi di sterline. Gli “Energy Floor” stanno diventando una realtà consolidata, richiesti sia dai produttori di locali di divertimento che da organizzatori di eventi e festival. Le implicazioni ambientali ed i risvolti economici sono notevoli, infatti tale sistema di produrre energia si sta trasformando velocemente in uno strumento di comunicazione efficace, non a caso è stato utilizzato durante le Olimpiadi 2012 a Londra e nell’ultima Paris Marathon.

Ci sono ottimi esempi anche nelle metropolitane di Londra e Tokyo dove migliaia di persone quotidianamente camminano su particolari pavimentazioni grazie alle quali è possibile produrre un quantitativo di energia di circa 1,400 kW al giorno, sufficiente ad alimentare le illuminazioni a led e gli strumenti elettronici necessarie al regolare funzionamento delle stazioni metropolitane.

Non bisogna dimenticare che la tecnologia piezoelettrica è sfruttata anche nei sistemi di frenata delle auto più recenti, grazie alla quale è possibile ricaricare le batterie di bordo.

Ci sono ottimi esempi anche nelle metropolitane di Londra e Tokyo dove migliaia di persone quotidianamente camminano su particolari pavimentazioni grazie alle quali è possibile produrre un quantitativo di energia di circa 1,400 kW al giorno, sufficiente ad alimentare le illuminazioni a led e gli strumenti elettronici necessarie al regolare funzionamento delle stazioni metropolitane.

Non bisogna dimenticare che la tecnologia piezoelettrica è sfruttata anche nei sistemi di frenata delle auto più recenti, grazie alla quale è possibile ricaricare le batterie di bordo.

[foto di Kelly Hunter]

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