Carta termoelettrica prodotta dai batteri per generare energia green

I ricercatori dell'Istituto di scienza dei materiali di Barcellona hanno creato un nuovo concept di materiale termoelettrico. Lo studio, pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Science, consiste in un composto di cellulosa prodotta da batteri. I ricercatori hanno aggiunto piccole quantità di nanomateriali conduttivi, nanotubi di carbonio. Il processo produttivo è sostenibile ed ecologico. L'obiettivo è di usare questa particolare carta per convertire il calore in energia elettrica, da impiegare per l'alimentazione degli oggetti IoT.

"Invece di produrre un materiale che genera energia, lo coltiviamo", spiega il ricercatore Mariano Campoy-Quiles. "I batteri, dispersi in un sistema di coltura acquoso contenente zucchero e nanotubi di carbonio, producono fibre di nanocellulosa. Creano così il dispositivo, in cui sono incorporati i nanotubi di carbonio".

Preparazione dei compositiQuello che si ottiene con questo metodo è "un materiale meccanicamente resistente, flessibile e deformabile, grazie alle fibre di cellulosa. I nanotubi di carbonio gli conferiscono un'alta conduttività elettrica", aggiunge la ricercatrice Anna Laromaine. La collega Anna Roig aggiunge che "l'intenzione è quella di avvicinarsi al concetto di economia circolare, utilizzando materiali sostenibili non tossici per l'ambiente, che possono essere riciclati e riutilizzati".

Rispetto ad altri materiali termoelettrici a base di polimeri sintetici, "questo ha una maggiore stabilità termica, che gli consente di raggiungere temperature di 250 gradi. Inoltre, la cellulosa può essere facilmente riciclata. Per degradarla basta un processo enzimatico che la converte in glucosio, e che permette di recuperare i nanotubi di carbonio, che sono il componente più costoso".  Inoltre, è possibile controllare lo spessore, il colore e la trasparenza del materiale.

Caratterizzazione fisica dei compositiCampoy-Quiles spiega che i nanotubi di carbonio sono stati scelti per le loro dimensioni. "Grazie al loro diametro su nanoscala e ai pochi micron di lunghezza, i nanotubi di carbonio consentono, in quantità molto ridotta, di ottenere percolazione elettrica. Vale a dire un percorso continuo, in cui le cariche elettriche possono attraversare il materiale, consentendo alla cellulosa di essere conduttiva".

Il ricercatore fa notare inoltre che l'uso di una quantità così piccola di nanotubi (fino ad un massimo del 10%), mantiene l'efficienza complessiva del materiale e rende il processo economico ed efficiente dal punto di vista energetico.

Caratterizzazione termoelettrica dei compositiI dispositivi creati con questa speciale carta potrebbero essere utilizzati per generare elettricità dal calore residuo. È un'ipotesi utile nel campo dell'Internet of Things, dell'Agriculture 4.0 ed dell'Industria 4.0. Non solo, "nel prossimo futuro potrebbero essere utilizzati come dispositivi indossabili, ad esempio in applicazioni mediche o sportive. Se l'efficienza del dispositivo fosse ancora più ottimizzata, potrebbe favorire la creazione di isolanti termici intelligenti o di sistemi di generazione di energia ibrida fotovoltaica-termoelettrica", spiega Campoy-Quiles. Non ultimo, "in virtù dell'elevata flessibilità della cellulosa e della scalabilità del processo, questi dispositivi potrebbero essere impiegati in applicazioni in cui la fonte di calore residuo ha forme insolite o aree estese, poiché potrebbero essere completamente coperte con questo materiale" indica Roig.

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