Energia solare in 3D: le sfide da affrontare

Dalla loro uscita sul mercato le stampanti 3D ne hanno fatta di strada. Dall’artigianato alla medicina, dall’arte alla musica, dall’ingegneria alla moda, le stampanti 3D hanno stuzzicato la creatività di innovatori e aziende e hanno rivoluzionato l’espressione tecnologica moderna. Grazie alla capacità di creare un oggetto tridimensionale a partire da un programma di modellazione 3D e la vastissima offerta di materiali utilizzabili, questa tecnologia si è diffusa in tutti i campi con grande entusiasmo. Tra le varie applicazioni possibili, la stampa 3D sta diventando una risorsa centrale per l’industria energetica con risvolti interessanti, soprattutto per lo sviluppo di pannelli solari dai costi ridotti e dalla migliore efficienza energetica.

Energia solare in 3D: la rivoluzione del settore

Le ricerche sull’ energia solare in 3D si sono susseguite negli anni, marcando la necessità di cambiare il sistema attuale sulle rinnovabili. La maggior parte di esse si sono concentrate sul solare, una fonte di energia continua ed inesauribile che potrebbe trasformare il panorama energetico futuro, rappresentando anche un’alternativa valida all’oltre 1 miliardo di persone che non ha accesso all’elettricità. Le sfide climatiche e la carenza di risorse energetiche inoltre, hanno accelerato il bisogno di una soluzione su larga scala di cui possano beneficiare tutti. E per rendere possibile questa strada, è necessario abbattere i costi e migliorare l’efficienza energetica. La produzione di celle solari deve essere quanto più sostenibile possibile, sia in termini economici che ambientali.

Tra gli esempi virtuosi, nel 2015 una ricerca pubblicata dall’Air Force Research Laboratory guidata dal Dr. Bag ha reso noto un approccio per poter realizzare dei film sottili di alta qualità con una stampante 3D, senza comprometterne l’efficienza energetica e contenendo i costi. Due anni più tardi, un team di ricercatori dell’Università di Newcastle in Australia ha testato dei pannelli solari flessibili, sottili e di facile applicazione, stampati con la tecnologia 3D, il cui costo si aggirava intorno ai 10 euro per metro quadro. Rivoluzionario è stato l’inchiostro solare usato come conduttore per l’energia e applicato direttamente nella fase di stampa 3D. La riduzione dei costi però non riguarda solo le celle fotovoltaiche, ma anche le strutture di supporto dei pannelli solari. Una recente ricerca del Michigan Technological University ha testato la stampante 3D per costruire delle staffe di sostegno in plastica per supportare una batteria di pannelli fotovoltaici da 1kW. Secondo lo studio, la tecnica permetterebbe di risparmiare tra l’83% e il 92% dei costi solitamente allocati per le strutture di supporto metalliche, incentivando anche l’utilizzo di plastica riciclata.

Perché l’ energia solare in 3D può essere la soluzione?

Le stampanti 3D e l’ energia solare rappresentano un punto di svolta nell’era tecnologica delle energie rinnovabili. Per quanto riguarda le celle solari 3D, diversi studi hanno dimostrato che l’elevata precisione e la minore complessità costituiscono un vantaggio notevole in termini di stoccaggio energetico. Recenti studi effettuati dai ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno dimostrato che i pannelli solari 3D hanno un’efficienza del 20% superiore ai pannelli tradizionali, grazie ai materiali impiegati e ai design totalmente innovativi la cui scelta potrebbe ridurre i costi di un ulteriore 50%. Ad esempio, la perovskite, un minerale di biossido di titanio di calcio scoperto nel 1839 da Gustav Rose, è salito alla ribalta per le sue ottime capacità di conduzione. Secondo lo studio “Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber” dell’Istituto Italiano di Tecnologia in collaborazione con l’Università di Oxford, l’utilizzo di questo materiale consentirebbe di fabbricare celle solari ibride con un rendimento superiore al 15% rispetto a quello attuale.

La stampa 3D per il solare: l’alternativa accessibile che velocizza il processo di sviluppo

Gli studi confermano che i pannelli solari in 3D sono più economici dei pannelli tradizionali grazie alla scelta dei materiali utilizzabili sia per le celle che per i supporti. In aggiunta ai vantaggi già elencati, la versatilità della stampa 3D permette di rielaborare i progetti infinite volte prima di produrre il risultato finale. Una tecnologia accessibile, che potrebbe rivoluzionare il concetto energetico anche in vista dei traguardi fissati dall’Agenda 2030 delle Nazioni Unite.

Infatti, in un mondo globalizzato e avanzato, ancora 2.7 miliardi di persone utilizza le biomasse tradizionali per cucinare, una persona su cinque non ha accesso a moderni mezzi elettrici e annualmente il numero di decessi dovuti a inquinamento domestico supera ancora 1,5 milioni di individui.

Il settimo obiettivo si propone di “assicurare a chiunque l’accesso a sistemi di energia alla portata di tutti, affidabili, sostenibili e moderni”. È chiaro quindi che stampare pannelli solari in 3D e lavorare sulle innovazioni ad essi correlati per creare soluzioni flessibili, leggere e trasportabili può rappresentare una delle sfide più avvincenti della tecnologia moderna.

In collaborazione con Eni