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Come il grafene trasforma (e migliora) il mondo dell’energia

Grafene

Il grafene è il materiale del nostro secolo. La sua applicazione può fare la differenza nel mondo dell’energia, sia nel campo delle rinnovabili sia in quello delle fonti fossili

 

Forte, leggero, sottile, (valido) conduttore: il grafene è uno dei materiali del nostro secolo. È estremamente resistente e rigido (100 volte più dell’acciaio), trasparente e flessibile ed conosciuto soprattutto per il suo impiego nel settore delle energie rinnovabili e del fotovoltaico in particolare. È il materiale che rappresenta il futuro e la transizione energetica che porta allo sfruttamento delle sole fonti di energia pulita.

E non solo. Progetti a parte, la transizione energetica durerà decenni e il mondo ha ancora (tanto) bisogno di petrolio e gas. Ha ancora bisogno degli oleodotti, quei tubi giganti, spesso troppo vecchi, che EniDay definisce “gli “eroi” nascosti dell’industria petrolifera e del gas”. Ma andiamo per gradi.

Transizione energetica

auto elettrica rinnovabiliIl mondo sarà rinnovabile, prima o poi. La necessità di combattere i cambiamenti climatici e ridurre le emissioni porterà aziende e Governi a virare fortemente e decisamente verso l’energia rinnovabili. La transizione è già iniziata e le fonti pulite guadagnano strada. Anche Eni, tra le altre, ha avviato laboratori e progetti di energia rinnovabile sulle piattaforme dismesse nell’Adriatico, studiando eolico, fotovoltaico ed energia dalle correnti marine.

E se è vero che nel 2016 la quota delle rinnovabili elettriche sulla domanda è stata pari al 34,2% (2% in più rispetto al 2015), è vero anche che non possiamo ancora rinunciare a petrolio e gas.

Protagonista di questa transizione energetica potrebbe essere proprio il gas naturale, un combustibile fossile, proprio come lo sono il petrolio e il carbone, ma molto più pulito di queste.

Quello che resta del Gas naturale è prevalentemente metano. La sua molecola è costituita, infatti, da 4 atomi di idrogeno e uno di carbonio (CH4): bruciando, è l’idrocarburo che libera la minor quantità di carbonio. Per comprendere quanto stiamo dicendo, basti sapere che il metano produce emissioni di CO2 inferiori del 25% rispetto alla benzina, del 16% rispetto al Gpl, del 30% rispetto al diesel e del 70% rispetto al carbone. La sua capacità di formare ozono è inferiore del 80% rispetto alla benzina e del 50% rispetto a gasolio e Gpl.

Il valore del grafene per il futuro dell’energia

Il grafene è un materiale davvero versatile. Le sue proprietà elettriche unite alla buona conducibilità del materiale, fanno sì che le applicazioni più promettenti del grafene siano legate al mondo dell’elettronica e dell’energia. E’ la sostanza candidata numero uno per sostituire l’ampiamente sfruttato silicio per quanto riguarda i materiali elettronici di nuova generazione.

fotovoltaicoGrazie al grafene, utilizzato in quantità giuste, è possibile realizzare pannelli solari con un’ottima efficienza energetica. Alcuni ricercatori cinesi, hanno dato vita ad un pannello dotato di uno strato di grafene (uno strato di carbonio con lo spessore di un atomo, disposto in una struttura simile a quella di un alveare), che produce energia anche con la pioggia.

Gli esperti hanno testato la cella di Grätzel, così è denominata la nuova cella rivestita dal grafene, grazie ad una miscela di acqua e sale (si è provato a riprodurre la pioggia), notando che l’idea funziona. Quando l’acqua ha toccato la superficie dei pannelli solari, le particelle ionizzate di sale nell’acqua (ammonio, sodio e calcio, caricate positivamente) sono state separate dall’acqua per produrre elettricità. C’è da dire, anche, che l’acqua piovana contiene una varietà grande di ioni, ma non è salata. I ricercatori cinesi, quindi, dovranno capire come i pannelli potranno generare energia in situazioni più simili a quelle dell’acqua piovana.

Il grafene per migliorare gli oleodotti

Non solo energia pulita. Il grafene potrebbe far la differenza anche nel settore dei combustibili fossili, quali petrolio e gas. E nel campo degli oleodotti (o gasdotti), in particolare.

Se si pensa che oleodottinel 2014 si stimava che il 45% della rete di oleodotti in America avesse più di 50 anni e che i giganti tubi vengono progettati per avere una vita di 20 o 30 anni, si comprende bene la necessità di un rinnovo immediato della rete (il cui costo economico è stimato intorno a 270 miliardi di dollari). Ed è in questo contesto che potrebbe intervenire il grafene.

Come si legge su Eniday, e come è stato dimostrato dalla società britannica Haydale Composite, Solutions (HCS), infatti, l’aggiunta di questo materiale nel processo di produzione degli oleodotti, aumenta la capacità di resistenza dei tubi alle eventuali perdite.

La ricerca è allo stato avanzato. HCS ha anche aperto un centro ricerche, con sede in Galles, per provare e testare pregi e difetti delle nuove tubature. “Vediamo una vasta gamma di benefici nell’impiego di polimeri arricchiti di grafene per la funzionalità dei sistemi degli oleodotti e gasdotti, fra cui il miglioramento della robustezza, rigidità e resistenza, minore fatica in termini di prestazione. Possiamo quantificare questi benefici con l’utilizzo di un test di collaudo, che consentirà ai clienti di poter disporre di tubature realizzate con un composito arricchito di grafene ottenendo migliori prestazioni ad un costo minore”, ha commentato Gerry Boyce, Amministratore Delegato di HCS in una dichiarazione di agosto 2016.

Anche la società Kinder Morgan è a lavoro per migliorare la resistenza temporale degli oleodotti, testando un rivestimento ad elevate prestazioni applicato sulla parte esterna dei tubi, grazie al quale è possibile aumentare la loro resistenza.

Mentre la ricerca avanza, però, mancano i finanziamenti per la riqualificazione delle strutture. Donald Trump, infatti, ha promesso importanti investimenti sulle infrastrutture, ma al momento le risorse sembrano esser destinate, in particolare, ad aeroporti e autostrade piuttosto che al sistema energetico.

Il mercato del grafene

fotovoltaicoSe negli anni passati il grafene è stato appannaggio di università e centri di ricerca, le potenzialità e le numerose applicazioni di questo materiale lo rendono appetibile anche alle aziende private, sempre più interessate ad investire in questa materia: si spera quindi che si passi da una produzione pilota ad una più matura e meno costosa. Il grafene dovrebbe generare un mercato che vale 278 milioni di dollari entro il 2020, con un tasso di crescita di quasi il 43% tra il 2015 e il 2020. Alcuni settori, come l’elettronica, faranno registrare anche una crescita maggiore.

Grafene: gli altri ambiti di applicazione

La proprietà di assorbimento saturabile rende il grafene candidabile a possibili applicazioni nel campo dei laser e nella fotonica ultraveloce. Questo materiale potrebbe anche sostituire il metallo in giunzioni Schottky. Anche i droni, come scrive Bloomberg, potrebbero essere realizzati in grafene.

Non solo. Il grafene si è rivelato anche un ottimo alleato della buona medicina. Uno studio della Monash University ha svelato che i fogli di ossido di questa materia possono cambiare struttura e diventare gocce di cristalli liquidi spontaneamente. Si tratta di una scoperta cruciale: tali gocce, infatti, potrebbero essere utilizzate per rilevare le malattie.

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