Energia rinnovabile dall’evaporazione dell’acqua. Un muscolo artificiale di plastica e spore (FOTOGALLERY)

Una nuova fonte di energia elettrica per alimentare robot, sensori e veicoli

[17 giugno 2015]

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Su Nature Communications un team di scienziati della Columbia University presenta due nuovi dispositivi – un motore che produce energia elettrica e un altro che è in grado di far muovere mini-auto – che sfruttano la forza invisibile che crea la pioggia e la neve: l’evaporazione dell’acqua .
Si tratta di due piccoli prototipi che però potrebbero essere l’inizio di un’era nella quale generatori di energia giganti galleggianti posti in baie riparate o bacini artificiali, oppure enormi macchine rotanti sulla superficie dell’acqua produrranno grandi quantità di energia elettrica.
Ozgur Sahin, professore associato di scienze biologiche e fisica alla Columbia University e autore principale autore dello studio, sottolinea che «L’evaporazione è una forza fondamentale della natura. E’ in tutto il mondo ed è più potente di altre forze come il vento e le onde».
Nel 2014 Sahin ha scoperto che, quando le spore batteriche si restringono e si gonfiano a causa del cambiamento di umidità, possono spingere ed attrarre altri oggetti con forza e che, a parità di peso, contengono più energia rispetto ad altri materiali utilizzati nell’ingegneria per movimentare gli oggetti. Lo studio, pubblicato su Nature Nanotechnology, si basava sul lavoro avviato da Sahin al Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Harvard University.
Basandosi su quei risultati, Sahin e il suo team hanno cercato di costruire dispositivi che potrebbero essere davvero alimentati da tale energia. Per costruire il
Per costruire un motore a pistoni galleggiante i ricercatori hanno prima fissato le spore su entrambi i lati di un sottile nastro biadesivo di plastica, creando una linea tratteggiata di spore, poi hanno fatto lo stesso sul lato opposto del nastro, ma facendo in modo che la linea tratteggiata coincidesse con i vuoti dell’altro lato.
Quando l’aria secca restringe le spore il nastro si accorcia e diventa ondulato e, se una o entrambe le estremità del nastro sono collegate a un oggetto, trasportano con sé qualunque cosa sia attaccata. Viceversa, quando l’aria è umida, il nastro si estende, rilasciando energia. Il risultato è un nuovo tipo di muscolo artificiale che viene controllata regolando l’umidità.
Sahin e Xi Chen, un borsista che lavora nel suo laboratorio, hanno quindi messo fianco a fianco decine di questi nastri, creando un muscolo artificiale forte che poi hanno inserito in una custodia di plastica galleggiante con delle aperture richiudibili. All’interno di questo dispositivo l’evaporazione dell’acqua ha causato l’allungamento del “muscolo”, aprendo i coperchi e consentendo all’aria di “asciugarsi”, quando l’umidità è fuoriuscita, le spore si sono rimpicciolite e i nastri si sono contratti, richiudendo tutto e permettendo all’umidità di ricominciare da capo un percorso che si è trasformato in un ciclo autosufficiente di movimento.
Chen spiega: «Quando abbiamo messo l’acqua sotto il dispositivo, ha preso immediatamente vita, si muoveva da solo». Questi muscoli artificiali ricoperti di spore funzionano come un pistone spinto dall’evaporazione, accoppiando questo pistone ad un generatore si produce abbastanza energia da far p lampeggiare una piccola luce. «Con l’evaporazione abbiamo trasformato una piccola pozza d’acqua in luce», ha detto Sahin.
Il motore di evaporazione galleggiante potrebbe rifornire piccole luci di posizione galleggianti o sensori che monitorare l’ambiente sul fondo dell’oceano e secondo Sahin, una versione migliorata di questi vischiosi nastri di plastica con più spore «potrebbe potenzialmente generare ancora più energia per unità di superficie di un parco eolico».
L’altro nuovo motore ad evaporazione realizzato dal team della Columbia – il Moisture Mill – contiene una ruota di plastica con linguette di nastro sporgenti spalmate su di un lato con le spore. Metà della ruota è nell’area secca, causando un arricciamento, e l’altra in un ambiente umido, dove le linguette d si raddrizzano, quindi la ruota gira continuamente, comportandosi in pratica si comportano come un motore a rotazione.
I ricercatori hanno costruito una piccola macchina giocattolo (Eva, Evaporation, powered car), alimentata con il Moisture Mill e sono riusciti a farla muovere liberamente, alimentato solo con l’evaporazione. Sahin è convinto che «In futuro, potrà essere possibile progettare motori che utilizzano l’energia meccanica immagazzinata nelle spore per spingere un veicolo di dimensioni normali. Tale motore, se realizzato, non richiederebbe né di bruciare combustibili né batterie elettriche. Una versione più grande del Moisture Mill potrebbe anche produrre energia elettrica: con una ruota posta sopra una grande massa d’acqua, l’evaporazione dell’acqua salata porterebbe la ruota a ruotare ed a generare elettricità. Questo sviluppo potrebbe costantemente produrre tanta energia elettrica quanto una turbina eolica».