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Una batteria … vivente

19 Set

Come sapete bene, diverse volte ci siamo soffermati a riflettere sulle cosiddette energie alternative. Il punto attualmente raggiunto non puo’ certo essere considerato l’arrivo per il nostro futuro energetico. I sistemi alternativi utilizzati su larga scala, principalmente solare e eolico, sono, allo stato attuale, sistemi a bassa efficienza. Fate attenzione, non voglio certo dire che lo sfruttamento di queste risorse sia inutile, tutt’altro. Quello che sto cercando di dire e’ che queste fonti non sono sfruttate al massimo e, vista la crescita esponenziale della richiesta di energia nel mondo, non potranno certo essere considerate, allo stato attuale, alternative al petrolio o ad altre fonti.

In questa ottica, di tanto in tanto, gettiamo uno sguardo alle ricerche in corso, per mostrare lo stato dell’arte ma soprattutto per vedere possibili fonti alternative in corso di studio.

Proprio in virtu’ di questo, vorrei parlarvi di un’invenzione pubblicata solo pochi giorni fa da un gruppo di ingegneri dell’Universita’ di Stanford. Come forse avrete letto sui giornali, e’ stata prodotta la prima pila a microbi.

Di cosa si tratta?

I microbi in questione appartengono alla famiglia degli elettrogenici, cioe’ microorganismi in grado di produrre elettroni durante la digestione. Detto in altri termini, durante il processo digestivo, questi microbi strappano un elettrone che rimane libero. Questa tipologia di batteri e’ conosciuta gia’ da diverso tempo, quello che pero’ sono riusciti a fare gli autori di questa ricerca e’ trovare il modo efficace di produrre energia da questo processo.

Prima di parlarvi dell’applicazione, vi mostro una foto del dispositivo in questione:

Batteria a microbi

Batteria a microbi

Guardando la foto, vi rendete subito conto che si tratta ancora di un prototipo non industrializzato. Per darvi un’idea, le dimensioni della provetta a cui sono attaccati i fili e’ paragonabile a quella di una batteria per cellulare.

Come funziona la pila?

Come detto, questi batteri producono elettroni liberi durante la digestione. La provetta che vedete contiene due elettrodi. Il primo e’ in carbonio e proprio su questo sono presenti i nostri microbi. Come vedete anche dalla foto, il liquido all’interno della provetta appare molto torbido. Non si tratta assolutamente di un effetto ottico, sono dei liquami veri e propri che offrono il nutrimento per la colonia di microbi presenti all’interno.

Uno dei microbi osservato al microscopio

Uno dei microbi osservato al microscopio

A questo punto, il discorso comincia ad essere piu;’ chiaro. Vengono messi i microbi su un elettrodo in carbonio. Il liquido offre il nutrimento per gli organismi che dunque mangiano felici e per digerire, invece dell’infantile ruttino, producono elettroni.

Sempre all’interno e’ presente un secondo elettrodo, questa volta in ossido di argento. Questo funge da collettore per la raccolta degli elettroni. Ora, per definizione, se avete un moto ordinato di cariche elettriche da un elettrodo all’altro, avete una normalissima corrente elettrica. Dunque, avete la vostra pila.

Come potete immaginare, per sua stessa definizione, questo genere di pile si “scarica” quando la concentrazione batterica e’ cresciuta troppo, scarseggia il nutrimento o quando l’elettrodo in lega di argento e’ saturo di elettroni sulla superficie. In questo ultimo caso, che poi rappresenta il collo di bottiglia della produzione di energia elettrica, basta sostituire l’elettrodo esausto con uno nuovo affinche’ il processo riparta.

Quali sono i vantaggi di questa pila?

Anche se il funzionamento puo’ sembrare molto semplice, questa invenzione apre scenari molto importanti non solo in campo energetico, ma anche ambientale. Come potete facilmente immaginare, questo processo potrebbe essere utilizzato per produrre energia dai liquami, utilizzando questi prodotti di scarto fortemente inquinanti in modo molto intelligente.

Dal punto di vista energetico, si pensa che il sistema possa essere in grado di estrarre circa il 30% del potenziale contenuto nei liquami. Detto in altri termini, la bateria avrebbe un rendimento intorno a questo valore. Pensate sia poco? Assolutamente no. Le normali celle solari attualmente utilizzate hanno efficienze medie intorno al 25%. Solo con celle di ultima generazione si riesce a superare di poco il 30%. Questo significa che il processo microbico ha un rendimento del tutto paragonabile a quello delle celle utilizzate nei pannelli solari.

Come anticipato, e come evidente, lo studio e’ ancora in fase prototipale. In particolare, il problema attuale e’ nel costo dell’elettrodo in ossido di argento che serve da collettore per gli elettroni. Il prezzo troppo alto, rende questo sistema ancora anti-economico e non adatto all’utilizzo su larga scala.

Detto questo, capite bene come questa ricerca sia tutt’altro che terminata. Gli sviluppi futuri sono proprio volti a trovare materiali economici adatti a chiudere il circuito. Il fatto di aver usato all’inizio un materiale piu’ costoso e’ del tutto normale se consideriamo che per prima cosa si doveva dimostrare la correttezza dell’intuizione.

Concludendo, proprio in questi giorni e’ stata pubblicata la ricerca che racconta la costruzione della prima pila a batteri. Questo sistema sfrutta i processi digestivi di alcune tipologie di microbi in grado di liberare elettroni. La batteria realizzata ha un’efficienza paragonabile a quella delle celle solari e la ricerca e’ attualmente impegnata per trovare materiali economici da utilizzare per la raccolta degli elettroni al posto del costoso ossido di argento.

 

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Perche’ i pinguini non volano?

24 Mag

Guardando le lunghe, e permettetemi anche buffe, marce dei pinguini sul ghiaccio, tutti quanti ci siamo chiesti: perche’ non volano? In fondo, il pinguino e’ del tutto simile ad un uccello, ha le ali, eppure non vola.

La risposta a questa semplice domanda, e’ arrivata proprio pochi giorni fa da un contributo presentato all’Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti.

In realta’, scopo di questa ricerca condotta da diverse universita’ era quello di analizzare le differenze biomeccaniche dei corpi di diversi mammiferi a confine tra il terrestre ed il marino, proprio per capire come l’evoluzione naturale della specia sia stata in grado di traformare nel tempo i corpi degli animali, facendoli adattare al meglio all’ambiente e alle caratteristiche che si volevano raggiungere.

Lo studio ha preso in esame tre diversi animali: il pinguino, l’uria di Brünnich e il cormorano pelagico, studiando in particolare le doti di ciascuna specie al volo e al nuoto.

foto

Come e’ noto, mentre il pinguino e’ un ottimo nuotatore ma e’ incapace di volare, l’uria, molto simile come forma, riesce a fare entrambe le funzioni. Per analizzare queste caratteristiche, sono stati sviluppati dei modelli di simulazione biomeccanica, appositamente creati per studiare il dispendio di ossigeno degli animali durante queste attivita’. Detto in parole povere, l’analisi permetteva di capire la “fatica” fatta dagli animali durante il volo o il nuoto.

Il risultato fondamentale dello studio e’ molto semplice: un’ala fatta per nuotare, non puo’ essere fatta per volare.

Cerchiamo di capire meglio.

Le ali dei pinguini sono molto corte e vengono utilizzate come delle efficienti pinne durante il nuoto. Al contrario, le ali dell’uria, simili per forma e dimensione a quelle del pinguino, consentono molto agilmente di nuotare, ma, anche se lo permettono, non sono progettate per volare al meglio. Cosa significa? Per mantenersi in volo, l’uria deve sbattere le ali molto velocemente, con un conseguente alto dispendio di energia. In tal senso, questo animale riesce a volare, ma lo fa molto goffamente e in modo assolutamente non conveniente.

Cosa significa questo? Mentre l’ala del pinguino si e’ specializzata nel nuoto, abbandonando completamente il volo, quella dell’uria e’ in grado di volare con estrema fatica, ma consente un nuoto molto veloce, anche se meno efficiente di quello del pinguino.

Secondo questa chiave di lettura, l’uria e’ l’anello di congiunzione tra le specie volatili e quelle che invece hanno completamente abbandonato il volo dedicandosi esclsivamente al nuoto.

Al contrario, il cormorano ha delle buone capacita’ di volo, ma le sue ali, troppo grandi, non vengono utilizzate nella fase in acqua. Per spingere durante il nuoto, il cormorano pelagico utilizza infatti i piedi.

In termini evoluzionistici dunque, l’uria riesce ancora a volare anche se con estrema fatica, mentre il pinguino ha completamente abbandonato questa attivita’ modificando la propria ala solo ed esclusivamente per il nuoto.

Notiamo una cosa fondamentale: l’evoluzione naturale degli animali consente di migliorare o comunque adattare al meglio il proprio corpo in funzione dell’ambiente e delle attivita’ piu’ seguite. Come e’ noto, il pinguino tuffandosi in acqua puo’ sfuggiare ai predatori terrestri, ma soprattutto puo’ reperire molto cibo in mare. Al contrario, l’utria ha preferito mantenere la fase di volo per la sua sopravvivenza, a scapito di una peggiore propulsione nella fase di nuoto.

Concludendo, e’ l’evoluzione naturale che ha modificato il corpo del pinguino abbandonando completamente la fase di volo. Questi cambiamenti, lunghi e studiati al meglio, consentono alle specie animali di trasformare in modo efficiente il proprio corpo.

 

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