Gli scienziati della Rice University di Houston (Texas) hanno sviluppato una nuova tecnologia rivoluzionaria che utilizza nanoparticelle per convertire l'energia solare direttamente in vapore. Il nuovo generatore di vapore ad energia solare è stato sviluppato dal LANP, il Laboratorio di Nanofotonica della Rice University, ed è  così efficace che può produrre vapore anche dall’acqua gelata.

I dettagli di questo nuovo metodo di produzione di vapore sono stati pubblicati recentemente sulla prestigiosa rivista ACS Nano. Il prototipo realizzato dagli scienziati ha un rendimento energetico complessivo del 24% , che potrebbe essere ulteriormente incrementato con l’affinarsi della tecnologia. Tuttavia, gli inventori del generatore di vapore solare (Solar Steam) sono convinti che il primo utilizzo del loro dispositivo non sarà per la produzione di energia elettrica, ma piuttosto per la depurazione dell’acqua e la sterilizzazione di dispositivi igienico-sanitari nei Paesi in via di sviluppo.

Negli ultimi anni sono stati realizzati numerosi impianti che consentono di produrre  vapore direttamente dall’energia del sole, grazie  all’impiego di concentratori solari. Rispetto ai dispositivi conosciuti, questa nuova tecnologia mostra una notevole efficienza grazie alla presenza di nanoparticelle in grado di catturare la luce solare e convertirla in calore. Se immerse in una soluzione acquosa ed esposte alla luce del sole, le nanoparticelle si riscaldano così in fretta da vaporizzare immediatamente l'acqua che le circonda. Il riscaldamento avviene su scala nanometrica: le dimensioni delle particelle possono essere addirittura inferiori alla lunghezza d’onda della luce che le colpisce, il che significa che per dissipare il calore esse hanno a disposizione una ridottissima superficie. Questo intenso riscaldamento consente di generare vapore localmente, proprio in corrispondenza della nanosuperficie, in maniera efficiente e del tutto insolita. Per dimostrare a livello pratico quanto questa generazione di vapore localizzato possa essere lontana dall’esperienza comune, i ricercatori della Rice University hanno videoregistrato un esperimento durante il quale la radiazione solare viene diretta su una provetta contenente la soluzione di nanoparticelle immersa ​​ in un bagno di acqua ghiacciata. Nel video si dimostra che concentrando la luce solare sulla provetta è possibile creare vapore direttamente dall’acqua quasi congelata.

Per quantificare i possibili sviluppi tecnologici di questo genere di dispositivo, occorre innanzi tutto ricordare che il vapore è uno dei fluidi industriali più utilizzati al mondo. Infatti, circa il 90% dell’energia elettrica è prodotta dal vapore, ma esso è utilizzato anche per sterilizzare i rifiuti sanitari e gli strumenti chirurgici, per preparare il cibo e per purificare l'acqua. Per contenere i costi di produzione, la maggior parte del vapore industriale oggi viene prodotta in grandi caldaie, ma l'efficienza di questi nuovi generatori di vapore ad energia solare potrebbe consentire di realizzare processi economici anche su una scala molto più piccola.

Le popolazioni dei  Paesi in via di sviluppo potrebbero essere le prime a vedere i benefici del “vapore solare”. Gli studenti di ingegneria della Rice hanno già creato un'autoclave a vapore solare in grado di sterilizzare strumenti medici e dentali presso le cliniche che non hanno energia elettrica. Inoltre questo  gruppo di ricerca, guidato dalla Prof.ssa Halas, ha vinto uno dei premi stanziati dalla Bill&Melinda Gates Foundation per creare un sistema di trattamento dei rifiuti umani utilizzabile su piccolissima scala in zone prive di fognature ed elettricità. Il “vapore solare” ha notevoli potenzialità anche perché non richiede una grande estensione di specchi o pannelli solari per funzionare efficacemente.  Ad esempio, la finestra di luce nell’autoclave dimostrativa è di pochi centimetri quadrati. Altri usi potenziali del generatore potrebbero essere individuati nell’alimentazione di sistemi ibridi di aria condizionata e riscaldamento, oppure per dissalazione e la depurazione dell’acqua.

La Prof.ssa Halas, capofila del progetto, è uno dei massimi esperti mondiali nel campo delle nanoparticelle fotoreattive, utilizzabili in svariati settori della medicina, della diagnostica e della produzione energetica.  Forte di questa esperienza, per la realizzazione di questo generatore di vapore il team di ricerca ha messo a punto una nanoparticella che reagisce a uno spettro di radiazione molto ampio, che si estende anche oltre il campo del visibile, in modo da garantire una grande versatilità d’impiego anche in condizioni non ideali.

Fonte: Sciencedaily