Il settore dell’energia sta cambiando, profondamente: la comunità scientifica sta facendo passi da gigante giorno dopo giorno, alla disperata ricerca di nuove fonti che possano sostituire le risorse non rinnovabili, vale a dire il petrolio, il gas naturale e il carbone. La transizione energetica è importante oggi più che mai per garantire a noi e ai nostri figli un pianeta Terra sicuro e in salute. Tra le più recenti e interessanti innovazioni da questo punto di vista un concetto intrigante che sta guadagnando sempre più terreno è legato all’estrazione di energia cinetica dalla pioggia. Questa prospettiva affascinante promette di trasformare il comune fenomeno meteorologico in una risorsa energetica, aprendo nuove possibilità nel panorama delle fonti di energia rinnovabile. Vediamo insieme tutto quello che è necessario sapere a riguardo.
Approfondimenti
Indice
- Come si genera energia dalla pioggia
- I limiti della produzione dell’energia della pioggia
- Che impatto potrebbe avere questa fonte di energia?
Come si genera energia dalla pioggia
La generazione di elettricità attraverso le gocce di pioggia viene utilizzata come forma di microgenerazione per fornire energia a abitazioni e piccoli sistemi di purificazione dell’acqua, catturando e convogliando l’acqua piovana per alimentare alcune turbine di ridotte dimensioni. Un altro metodo per generare elettricità tramite la pioggia impiega materiali piezoelettrici. Questi materiali generano elettricità in base all’energia rilasciata quando le gocce di pioggia colpiscono una superficie. L’energia cinetica delle gocce di pioggia che cadono viene convertita in maniera molto efficace in energia elettrica: la carica superficiale si accumula sul dispositivo man mano che le gocce lo colpiscono e viene poi scaricata quando l’acqua in movimento entra in contatto con due elettrodi. La densità di potenza e l’efficienza di conversione dell’energia raggiunte da questo sistema sono migliaia di volte superiori rispetto a dispositivi simili.
Le prime ricerche da questo punto di vista sono state pubblicate nel 2012 all’interno di un articolo scientifico reso disponibile sulla prestigiosa rivista Science. Firmato da Olivier Pauluis del Courant Institute of Mathematical Sciences della New York University e da Juliana Dias della Physical Sciences Division, dell’Earth System Research Laboratory (ESRL)/National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), di Boulder, nel Colorado, lo studio rappresenta la prima valutazione dell’energia associata alla pioggia.
Ogni singola gocciolina di pioggia (o cristallo di ghiaccio) che si forma nell’atmosfera è circondata da un sottile flusso d’aria che ne limita la caduta. Questo fenomeno implica che le particelle di acqua o ghiaccio precipitano con una velocità massima determinata dall’equilibrio tra la forza gravitazionale e la resistenza aerodinamica dell’aria circostante. L’attrito generato da questo processo è notevole: la velocità massima di caduta per una goccia d’acqua è di gran lunga inferiore rispetto a quella che avrebbe nel vuoto, con un valore tipico di alcuni metri al secondo.
Per portare a termine questo studio i dati sono stati ottenuti tramite osservazioni radar del Tropical Rainfall Measuring Mission, utilizzando misurazioni della diffusione della radiazione solare per creare un profilo verticale della riflettività dell’atmosfera. Questo ha permesso di elaborare in un secondo momento una mappa tridimensionale delle precipitazioni, evidenziando le caratteristiche stagionali della dissipazione dell’energia causata dalla pioggia nel periodo 1999-2007. La griglia di analisi ha coperto un’area molto estesa.
L’analisi della distribuzione geografica della dissipazione delle precipitazioni ha una particolare importanza, poiché è paragonabile a quella causata dalla turbolenza atmosferica. Inoltre, indica che la dissipazione per convezione sui continenti supera quella sugli oceani. Questo suggerisce che le variazioni nel ciclo idrogeologico del pianeta possono influenzare direttamente la quantità di energia cinetica generata e dispersa dalla circolazione atmosferica.
I limiti della produzione dell’energia dalla pioggia
Nonostante gli evidenti vantaggi potenziali legati alla produzione di elettricità dalla pioggia che abbiamo presentato fino a questo punto, ci sono evidentemente anche alcune limitazioni che vale la pena di approfondire. La tecnologia attuale è limitata, il che significa che l’energia cinetica a bassa frequenza delle precipitazioni, delle onde e delle maree oceaniche non viene sfruttata in modo efficiente, o non è ancora riuscita a manifestare tutto il suo potenziale. L’energia delle maree e la generazione di onde per esempio sono potenzialmente la fonte di energia rinnovabile più abbondante disponibile per gli esseri umani, considerando che circa il 70% della superficie terrestre è composta da acqua. Inoltre, almeno per il momento non sono state molte le ricerche approfondite sulla produzione di elettricità dalla pioggia rispetto all’utilizzo di fonti di energia più conosciute, come ad esempio le turbine eoliche o l’energia solare.
Che impatto potrebbe avere questa fonte di energia?
Nel 2022 un team di ricercatori della City University di Hong Kong ha creato un generatore di elettricità a base di goccioline (DEG). Il team che ha sviluppato il dispositivo ha affermato che una singola goccia di pioggia potrebbe generare brevemente fino a 140 volt. Si tratta di una quantità sufficiente per alimentare brevemente 100 piccole lampadine, e sebbene non sia ancora pratico per un uso quotidiano, rappresenta un passo promettente verso una nuova forma di elettricità rinnovabile.
Il DEG utilizza una struttura simile a un transistor a effetto di campo, come spiega Engadget, per trasformare la pioggia in brevi impulsi di energia. Il materiale da cui è fatto il dispositivo contiene una carica elettrica quasi permanente, e la pioggia è l’unico elemento che attiva il flusso di energia, secondo una ricerca pubblicata nel 2022 sempre da Nature. Anche se questo dispositivo non è abbastanza affidabile per fornire un’alimentazione continua, si spera che possa essere sviluppato in qualcosa che possa funzionare per le abitazioni delle persone in un futuro prossimo.
Nel frattempo, i ricercatori dell’Indian Institute of Technology (IIT)-Delhi hanno progettato un dispositivo in grado di generare elettricità dalle gocce d’acqua, dalle gocce di pioggia, dai corsi d’acqua e dalle onde dell’oceano. Questa energia può essere immagazzinata in batterie per essere sfruttata in un secondo momento. Il dispositivo, un Nanogeneratore Triboelettrico a Interfaccia Liquido-Solida, è fatto di polimeri nanocompositi appositamente progettati ed elettrodi di contatto. Può generare una potenza di alcuni milliwatt (mW), sufficiente per alimentare piccoli dispositivi elettronici come orologi, termometri digitali, trasmettitori a radiofrequenza, sensori sanitari e contapassi. L’IIT-D ha dichiarato a proposito che “rispetto ai metodi convenzionali, come l’uso dell’effetto piezoelettrico, il dispositivo attuale può generare significativamente più elettricità”.