Un colorante che crea cristalli simili a iris facilita la conversione di grattacieli e serre in centrali elettriche.

Il senso della vista ha ispirato numerosi progressi tecnologici, dalla progettazione di sensori allo sviluppo di telecamere in grado di distinguere informazioni rilevanti per il processo decisionale con un consumo energetico e di informazioni ridotto. Ora, la capacità dell'iride di adattarsi a diverse condizioni di illuminazione ha ispirato un gruppo internazionale di 24 ricercatori provenienti da sei istituzioni a sviluppare una tinta fotocromatica in grado di regolare, senza dispositivi esterni, la luce richiesta, ad esempio, da un pannello fotovoltaico. Questa svolta, pubblicata su Nature e premiata con un premio internazionale dalla Royal Society of Chemistry , consentirebbe di convertire un grattacielo vetrato o una serra in monumentali generatori di energia senza alterare le condizioni di vita e il funzionamento degli interni.

La svolta nasce, come spiegano i ricercatori su Nature , da una limitazione che affligge l'utilizzo dell'energia solare: la produzione di celle solari con trasmissione ottica fissa. Ciò significa che o le condizioni di luce non vengono sfruttate appieno durante il giorno oppure è necessario utilizzare dispositivi di orientamento esterni per trovare l'orientamento migliore per ogni ora, cosa difficile da implementare in strutture fisse, come gli edifici.

Il gruppo di Nanomateriali e Dispositivi di Conversione Energetica dell'Università Pablo de Olavide (Siviglia), guidato dal Professor Juan Antonio Anta, si è unito al team internazionale PISCO per colmare questa lacuna. L'obiettivo è sviluppare coloranti fotocromici che, applicati a celle solari semitrasparenti, siano in grado di adattarsi alle condizioni di illuminazione, mantenendo la massima trasparenza in condizioni di scarsa illuminazione e oscurandosi quando esposti alla massima radiazione.

"Questo lavoro dimostra la fattibilità di combinare due funzioni spesso difficili da conciliare – fotocromismo e fotovoltaico – in un unico dispositivo e utilizzando una singola molecola. Rappresenta un passo importante verso finestre dinamiche e generatrici di energia per la prossima generazione di edifici e infrastrutture", sottolinea la Royal Society of Chemistry.

Secondo Anta, il colorante fotocromico "è una molecola in grado di cambiare colore a seconda della luce, in modo da poter essere incorporata in celle solari semitrasparenti utilizzabili nelle finestre intelligenti".

"L'idea", aggiunge, "è quella di integrare pannelli fotovoltaici negli edifici. Per integrare una cella solare in una finestra, è necessario che sia semitrasparente e anche intelligente, ovvero che si oscuri durante il giorno producendo elettricità. Un'altra applicazione che stiamo attualmente esplorando è nelle serre, dove avrebbero un duplice scopo: generare energia e proteggere le piante".

Uno dei limiti dei sistemi attuali è l'instabilità dei materiali. La generazione fotovoltaica, per quanto possa sembrare paradossale, è inferiore durante l'estate a causa del caldo. Questo riduce l'efficacia del silicio, l'elemento più comune nei pannelli attuali. Questa perdita è in parte compensata dal maggior numero di ore di luce, ma l'energia fotovoltaica è importante per un irraggiamento moderato.

La temperatura, non solo le radiazioni, è importante, per questo la tecnica sviluppata dal gruppo PISCO, basata su coloranti organici, cerca anche una formula che la renda più stabile e robusta, oltre che più reattiva ai cambiamenti delle condizioni di illuminazione.

L'obiettivo principale è garantire la stabilità termica all'interno degli edifici senza compromettere la capacità di generazione di energia. Le molecole studiate per l'innovativo colorante si ispirano all'occhio, in quanto sono quelle che meglio rispondono alla luce.

Il team dell'UPO, oltre a Juan Antonio Anta , comprende il professor Gerko Oskam, i borsisti post-dottorato Renán Escalante e Valid Mwalukuku e la studentessa pre-dottorato Patricia Sánchez Fernández. Il team di Anta si concentra sullo studio dei processi di fotoconversione energetica, dell'optoelettronica e della simulazione nelle celle solari, ma applica anche la ricerca a nuovi materiali per la generazione di idrogeno solare.

"Questa tecnologia ha il potenziale per dare un contributo significativo alla trasformazione delle finestre passive in celle solari attive. Per le applicazioni delle finestre, sia la trasparenza che la capacità di fornire ombra quando necessario sono caratteristiche fondamentali, e questo approccio può soddisfare entrambe le esigenze, generando al contempo energia", spiega Johan Liotier, chimico dell'Università di Friburgo e membro del team.

Nel campo dell'energia solare, il ricercatore Eduardo Fernández Camacho, professore presso il Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi e Automazione dell'Università di Siviglia, ha ricevuto una borsa di studio dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) per il progetto Cooperative Optimal Control of Solar Plants. L'obiettivo principale di questa ricerca è dimostrare che gli algoritmi di controllo predittivo basato su modelli cooperativi multi-scenario (MSC-MPC) possono essere applicati efficacemente per ottimizzare la produzione di impianti solari commerciali. L'idea principale è il coordinamento dei diversi sottosistemi di un impianto per ottimizzare la produzione su un orizzonte temporale di più giorni, tenendo conto delle incertezze ambientali e di mercato.