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Dall’Università nuove tecnologie nelle energie rinnovabili

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Biotecnologie algali
Kit solare didattico
Sistemi di misura e caratterizzazione per fotovoltaico tradizionale e di nuova generazione
Sistema OPTICON
Impianti alimentati da fonti rinnovabili (IAFR)
Ricerca e sviluppo di soluzioni innovative di ingegneria di emergenza
Micro co-generazione con fonti rinnovabili
Un software di simulazione multiscala


Il Parco Scientifico e incubatore di imprese innovative dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” promuove e valorizza da sempre i risultati della ricerca e delle tecnologie sviluppate all’interno dell’ateneo, favorendo sinergie tra mondo accademico, istituzioni locali, tessuto produttivo e cittadini. In quanto membro della rete Enterprise Europe Network, il Parco Scientifico, rispondendo alla volontà della Commissione Europea di favorire la valorizzazione dei risultati della ricerca pubblica nell’economia della conoscenza, mette a disposizione delle imprese e dei ricercatori attività di consulenza per l’internazionalizzazione, il trasferimento tecnologico, assistenza informativa sulla normativa comunitaria e sui finanziamenti europei nell’ambito del VII Programma Quadro per la ricerca e lo sviluppo tecnologico. Più in generale, sostiene le aziende nella ricerca di partner scientifici, tecnologici, commerciali e finanziari. Tra i cluster di imprese incubate un particolare rilievo viene riconosciuto agli spin-off e alle start-up che offrono tecnologie e servizi innovativi per la produzione di energia da fonti rinnovabili e in particolare, all’emission trading, alla sostenibilità ambientale, alla progettazione e allo sviluppo di software di settore. Oltre il supporto nella risoluzione di specifiche problematiche tecnologiche, il Parco Scientifico accompagna le imprese nella promozione delle rinnovabili: dall’attività di formazione e aggiornamento del personale allo sviluppo di strumenti per misurare l’efficienza degli impianti; dalla diffusione di una cultura ambientale nelle scuole alla realizzazione di strumenti per la gestione di reti e per l’integrazione funzionale tra differenti impianti e fonti rinnovabili in modo da garantirne la sostenibilità. Ecco alcune tra le tecnologie e i servizi promossi.

Biotecnologie algali
I cianobatteri e le microalghe opportunatamente trattati possono essere considerati delle “biofabbriche verdi”, in grado di produrre composti di interesse applicativo. Grandi quantità di biomasse algali possono essere cresciute in sistemi aperti e in fotobioreattori e i prodotti derivati sono ottenuti in modo sostenibile senza sottrarre risorse all’agricoltura, consentendo anche il riciclo dell’acqua e l’abbattimento dei gas atmosferici inquinanti. Con un particolare fotobioreattore di tipo outdoor, installato presso il Parco Scientifico, è possibile ottenere biomasse algali come fonte diretta di energia nonché composti utili come oli per biodiesel. Le biomasse algali non competono con le colture agricole per terreni fertili e non richiedono pesticidi; i biodiesel prodotti dalle alghe costituiscono una fonte di energia sostenibile e rappresentano una alternativa promettente ai derivati di origine vegetale senza intaccare le risorse alimentari. I pigmenti prodotti dalle biomasse di alghe e cianobatteri rappresentano composti ad alta efficienza, ottimizzati nel corso dell’evoluzione, per la realizzazione di celle solari organiche.

Kit solare didattico
Si tratta di un kit di natura didattica e divulgativa che prevede l’utilizzo di coloranti naturali estratti dai frutti e dalle piante, e finalizzato alla realizzazione di una cella
fotovoltaica naturale basata su tecnologia ibrida-organica. Per fabbricare la cella solare sensibilizzata al colorante (DSC), proposta con il kit educativo, si immerge un film di biossido di titanio, che riveste la lastra di vetro conduttivo, nella soluzione di un colorante quale ibisco, mora, lampone. Un solo strato di molecole di colorante si aggancia sulla superficie di biossido di titanio e assorbe la luce solare. Poche gocce di elettrolita liquido contenente iodio vengono depositate sul biossido di titanio che le assorbe. L’altro elettrodo (contro-elettrodo), anch’esso di vetro conduttivo, viene ricoperto con uno strato catalizzante come la grafite e i due elettrodi vengono poi assemblati e tenuti insieme usando una clip. A questo punto può essere collegato un attuatore per dimostrare la produzione di energia collegando in serie più celle, al fine di aumentare la tensione di uscita.

Sistemi di misura e caratterizzazione per fotovoltaico tradizionale e di nuova generazione
Si tratta di un sistema di spettroscopia per misure di efficienza quantica esterna (IPCE), sviluppato e ottimizzato per dispositivi fotovoltaici di tipo organico e a colorante Dye Solar Cell. Le misure di efficienza quantica esterna hanno lo scopo di analizzare la risposta spettrale dei dispositivi fotovoltaici, in funzione delle singole componenti monocromatiche di intensità nota di una lampada sorgente. È possibile, inoltre, misurare la corrente di corto circuito della cella. Lo scopo è di valutare quanto efficacemente un dispositivo fotovoltaico si adatta a convertire la luce in energia elettrica e quanto lo spettro di conversione si avvicina allo spettro solare. Il sistema proposto ha, tra i vantaggi, una maggiore correttezza formale di misura, consentita dalla modalità di misura in bias mode. Essa permette di misurare l’efficienza quantica di una cella fotovoltaica in condizioni di illuminazione di spettro AM 1.5, con potenza variabile da 0 sun ad 1 sun (1000 W/m2), condizioni vicine a quelle reali, con una valutazione più fedele delle prestazioni del dispositivo. La presenza di un microcontrollore consente una maggiore compattezza di sistema e una corretta modulazione del segnale, dal momento che le celle Dye Solar Cell necessitano di frequenze di modulazione estremamente basse (0.1 Hz – 5 Hz) rispetto alle celle in silicio. Il sistema è in grado di operare ad alte prestazioni con un costo di implementazione sensibilmente inferiore rispetto ad altri sistemi spettroscopici di misura presenti sul mercato.

Sistema OPTICON
È un sistema hardware-software per il risparmio energetico multi-purpose, in termini di riduzione dei consumi in ambito commerciale/industriale. Nasce in risposta all’esigenza di disporre di uno strumento semplice, rapido e personalizzabile per la razionalizzazione energetica attraverso il monitoraggio, la previsione e il controllo di consumo di energia. Il sistema consiste in: hardware per l’elaborazione, l’archiviazione e la trasmissione dati, hardware per il monitoraggio dei parametri energetici ed ambientali (sensor box) e software per l’elaborazione, l’archiviazione e la trasmissione dati. Può essere utilizzato “lato utenza” per il monitoraggio e controllo dei consumi di energia. OPTICON permette di intervenire a due livelli per razionalizzare ed ottimizzare l’utilizzo dell’energia al fine di ridurne i costi: all’atto dell’acquisto, scegliendo i contratti di fornitura dell’energia elettrica ottimali per i fini dell’utente; al momento dell’utilizzazione (mezzi di trasporto, macchinari, riscaldamento, condizionamento, processi industriali, etc.) riducendo gli sprechi, cioè gestendo meglio impianti e macchinari, razionalizzando i processi e distribuendo correttamente le risorse. Si tratta di un unico prodotto che può essere utilizzato sia per l’archiviazione di misure energetico/ambientali, sia per elaborazioni e simulazioni tendenti a minimizzare i consumi energetici.

Impianti alimentati da fonti rinnovabili (IAFR)
Si tratta della progettazione di impianti alimentati da fonti rinnovabili quali eolico, fotovoltaico, biomasse e idroelettrico, e di infrastrutture civili ed elettriche connesse. La progettazione è accompagnata da servizi di consulenza legale, economica ed ingegneristica, nonché certificazione in materia di fonti rinnovabili. Sono assicurati i più elevati standard qualitativi e l’assoluta imparzialità. Sono previsti inoltre: studi di fattibilità, progettazione preliminare/definitiva/esecutiva degli impianti IAFR; assistenza alla fase
abilitativa alla realizzazione degli interventi; direzione dei lavori e assistenza alla realizzazione degli impianti; coordinamento della sicurezza in fase di progettazione ed esecuzione; micrositing, analisi e certificazione delle potenzialità energetiche dei siti e degli impianti; testing e certificazione della componentistica; servizio di due diligence per investitori, analisi tecnico-economiche di dettaglio e attività di formazione.

Ricerca e sviluppo di soluzioni innovative di ingegneria di emergenza
Si propongono soluzioni ingegneristiche innovative, con particolare attenzione ai settori strettamente connessi con l’emergenza, ordinaria e straordinaria, tenendo conto dell’efficienza energetica, del risparmio, dell’impatto ambientale dei progetti e utilizzando le energie da fonti rinnovabili. Oltre agli studi di fattibilità, alla progettazione e direzione lavori, vengono svolti collaudi, valutazioni di congruità tecnico-economica e studi d’impatto ambientale relativamente agli interventi di ingegneria di emergenza connessi a rischi di eventi sismici, di emergenza nelle acque sotterrane e di rischio chimico. Si offrono anche attività di project management relative ad ogni aspetto legato allo sviluppo di impianti fotovoltaici, con particolare riguardo a: l’ideazione, la progettazione, la realizzazione e la cura dell’analisi e certificazione delle potenzialità energetiche dei siti e degli impianti; la ricerca di superfici, di terreni e di lastrici solari; un’attività di supporto nella presentazione della domanda per l’ottenimento degli incentivi in conto energia; la pianificazione economico-finanziaria dei progetti; l’attività di reperimento di risorse e di investimenti per la realizzazione dei progetti e degli impianti contratti e gare di appalto.

Micro co-generazione con fonti rinnovabili
È una soluzione tecnologica innovativa di cogenerazione (elettricità, caldo, freddo) che utilizza un modello di gestione energetica flessibile e integrato con le necessità dell’utilizzatore. L’impianto sviluppato è costituito da un sistema di generazione dell’energia elettrica formato da una turbina a combustione esterna, un meccanismo di recupero di energia termica in grado di generare caldo e freddo mediante un assorbitore e un sistema di combustione multi-fuel per l’alimentazione della turbina e del sistema di recupero termico. Questa tecnologia può operare con bio-combustibili solidi, liquidi e gassosi. Il principale vantaggio della soluzione è la flessibilità di utilizzo e di integrazione. La flessibilità è il risultato del completo disaccoppiamento tra il processo di combustione e il fluido motore della microturbina che consente anche l’uso di combustibili solidi. La capacità di integrazione deriva dalla possibilità di disegnare il processo di produzione di energia (elettrica e termica) in relazione ai processi industriali e civili cui è dedicato. Altri aspetti innovativi riguardano lo scambiatore di calore ad alta temperatura e il sistema di combustione, nonché la messa a punto della metodologia di progettazione che permette di sfruttare la specificità del sistema.

Un software di simulazione multiscala
Si tratta di soluzioni software innovative per la progettazione e la simulazione di strutture miste continuo/atomistico, di diodi LED basati su quantum dot, il calcolo di correnti di leakage in MOSFET, e di un nanogeneratore piezoelettrico. Il simulatore sfrutta l’innovativo approccio multifisico/multiscala che lo rende in grado di gestire modelli fisici operanti a diverse scale, nella stessa simulazione. L’approccio multiscala può essere impiegato in differenti campi come il trasporto di particelle e di calore e la deformazione meccanica. Il software è basato sul metodo degli elementi finiti per la soluzione di set di equazioni differenziali per i differenti modelli fisici. Scritto in C++, è dotato di un’architettura di tipo object-oriented e impiega librerie numeriche altamente efficienti; uno schema altamente flessibile e modulare permette un’ agevole implementazione di nuovi modelli fisici e solver numerici, anche in risposta a particolari esigenze di design tecnologico. In particolare, il software implementa una piattaforma integrata per il progetto, l’analisi e la sintesi di Dye Sensitized Solar Cell (DSC), celle solari fotovoltaiche di terza generazione che si stanno rivelando molto promettenti. L’ingegnerizzazione del processo di produzione su larga scala di celle, moduli e pannelli di DSC richiede un tool teorico che catturi la fisica e la chimica che stanno alla base delle celle e che permetta simulazioni per l’ottimizzazione del dispositivo e dell’interconnessione tra elementi. In particolare, il modello elettrico della cella implementato permette di tenere conto delle varie componenti delle DSC: il materiale semiconduttore mesoporoso, l’elettrolita liquido, le varie cinetiche di interfaccia semiconduttore/elettrolita, le reazioni di ossidoriduzione al catodo, il trasporto ionico ed elettronico e la fotogenerazione dovuta alle molecole di dye. È inoltre possibile ottimizzare la geometria della cella, sia per quanto riguarda la posizione dei contatti che la distribuzione del semiconduttore, allo scopo di massimizzare l’efficienza della stessa. Infine, è da sottolineare che il tool permette di gestire modelli realistici del dispositivo ad 1, 2 o 3 dimensioni.


Autore
: Dott.ssa Giovanna Ferraro Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” Parco Scientifico

Si autorizza la riproduzione a fini non commerciali, con citazione obbligatoria della fonte e inserimento link a www.energheiamagazine.eu.

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