Grafene, il materiale del futuro. Come cambierà le nostre vite?

A meno di vent’anni dalla scoperta del grafene, questo innovativo materiale ha già visto una moltitudine di applicazioni in campo energetico. Cosa ci riserverà il futuro?

Dal giorno in cui i due fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov ricevettero il premio Nobel per le loro ricerche sul grafene, sono trascorsi solo undici anni. Un periodo molto breve in cui l’industria ha accelerato ulteriormente le ricerche su questo innovativo materiale. Scoperto per caso nel 2004, lo studio del grafene ha dato vita ad una moltitudine di potenziali e reali applicazioni in campo energetico.

Cos’è il grafene

Il grafene è fondamentalmente una struttura di carbonio; si differenzia dalla grafite (struttura casuale di atomi di carbonio) e dal diamante (struttura ordinata di atomi di carbonio) per il fatto di essere una struttura ordinata in sole due dimensioni. Il grafene è infatti costituito da un singolo strato monoatomico di carbonio: un “foglio” dello spessore di un singolo atomo. Questo dona al grafene proprietà straordinarie di altissima resistenza meccanica senza perdita di flessibilità.

Le applicazioni del grafene, il campo energetico

Le applicazioni sono davvero molteplici. Dal primo transistor valso appunto il premio Nobel, alla costruzione di membrane per la desalinizzazione dell’acqua, passando per proprietà termiche ed ottiche. E questi sono soltanto alcuni dei campi di utilizzo; il futuro ci riserverà sicuramente delle sorprese e il grafene potrebbe entrare nella nostra vita quotidiana, molto più di quanto possiamo oggi immaginare.

Quello che però ci interesserà maggiormente, e che probabilmente sconvolgerà il nostro quotidiano, sarà la sua applicazione in campo energetico, dalla costruzione di celle fotovoltaiche con superfici captanti molto più efficienti dell’attuale silicio, all’installazione di batterie e sistemi di accumulo nelle nostre case e nei sistemi off-grid.

OffgridSun e il grafene, i vantaggi della scelta

Quest’ultima novità è già entrata prepotentemente nella nostra azienda che ha deciso di scommettere su questa tecnologia, attraverso i supercapacitors (supercondensatori) al grafene o EDLC (electric double-layer capacitor). Questo prodotto, attualmente alla prima generazione e già reperibile in commercio, consente un salto di qualità in tema di accumulo di energia, con efficienze e vita media molto maggiori del litio e ovviamente delle classiche batterie al piombo.

OffgridSun è già riuscita ad installare questi supercondensatori sui primi dieci impianti fotovoltaici  completamente scollegati dalla rete elettrica, con notevole soddisfazione da parte dei clienti. In alcuni casi anche per la sostituzione di vecchie batterie al piombo. Baite in montagna, sistemi di monitoraggio ambientale, sono solamente alcune delle realtà in cui i supercondensatori si sono rivelati la scelta migliore per affidabilità e prestazioni, rispetto alle precedenti tecnologie.

La differenza con le altre batterie

Abbinato a sistemi di ricarica fotovoltaica, i supercapacitor che attualmente stiamo già utilizzando e fornendo nei nostri sistemi, possono raggiungere velocemente la piena carica con correnti molto elevate (fino a 100 A in corrente continua) e quindi tempi molto brevi.

Inoltre, a differenza  delle batterie al piombo, la profondità di scarica raggiunge il 90% della capacità totale. Questo significa che se si acquistano ed installano 5 kWh di accumulo, questi saranno utilizzabili nella quasi totalità; cosa impensabile con le vecchie tecnologie al piombo dove già una profondità di scarica del 50% mette a rischio l’efficienza a lungo termine dell’accumulatore. E a differenza delle moderne batterie a ioni di litio, i supercondensatori al grafene possono immagazzinare molta più energia a parità di grandezza fisica.

Altro grande vantaggio sicuramente è la vita utile di questi nuovi accumulatori di energia che pare si possa attestare sui 20-25 anni. Elemento che rafforza l’argomentazione commerciale che spesso si arena sugli iniziali costi di installazione. Questo tipo di batterie infatti vanta cicli di carica-scarica a partire da 50.000 e oltre.

Work in progress di un sistema con accumulatore al grafene
"Terzo Millennio" la supercar al grafene sviluppata da Lamborghini in collaborazione con il MIT

Il grafene e la mobilità elettrica

Tutto ciò considerato, viene naturale pensare alle applicazioni del grafene nei veicoli elettrici, dove i tempi di ricarica (oltre alla mancanza di una vera infrastruttura diffusa) sono ad oggi uno dei principali motivi che ci spingono a scegliere ancora motori endotermici per le lunghe tratte.

È notizia molto recente che proprio la produttrice di supercar Lamborghini abbia scelto degli accumulatori al grafene per la sua nuova concept car “Terzo Millennio”. Un progetto durato tre anni che hai coinvolto la casa automobilistica italiana e il MIT. Anche il colosso automobilistico cinese GAC ha annunciato che attraverso il marchio AION, produrrà da settembre 2021, il modello AION V  con batteria al grafene che si ricaricherà in ben 8 minuti, anche a grazie alla mancanza di reazioni chimiche che contraddistingue questa tecnologia. Questo breve tempo di ricarica, se estendibile alla maggior parte del parco auto elettriche circolante, in futuro potrebbe davvero incidere sull’inutilità di una capillare infrastruttura di ricarica.

Conclusioni

Tutto sembra quindi far sperare che la scoperta di questo nuovo materiale porterà dei veri cambiamenti nella nostra vita ma ciò che più interesserà la nostra azienda e le altre operanti nel settore energetico, sarà lo sviluppo di nuovi accumulatori sempre più performanti e in grado di immagazzinare energia in brevissimo tempo.

Resta ovviamente da sviscerare il tema dell’impatto ambientale e di incidenza sulla salute umana, soprattutto per la presunta capacità degli strati monoatomici di grafene, di poter penetrare nei tessuti organici. Temi molto importanti che incidono profondamente sulle nuove tecnologie. Fortunatamente negli ultimi anni la sensibilità su queste tematiche è centrale nei dibattiti sui cambi di rotta a livello tecnologico e questo farà in modo che la “sostenibilità” sia alla base di qualsiasi scelta.

Dobbiamo comunque sempre ricordare che le emissioni delle centrali elettriche a carbone sono ancora tra le primissime cause di morte nel pianeta. È bene quindi iniziare a sperimentare nuove tecnologie in ambito energetico, per un futuro libero dai combustibili fossili e il più possibile indipendente a livello energetico. Il futuro è quindi molto più vicino di quanto possiamo immaginare.

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