Categoria: Building, Living and Technologies

Tante imprese realizzano case a fiumi… Ma le sanno realmente costruire tutti? I vantaggi dell’ingegneria…

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Sindrome dell’edificio malato – Dalle polveri alle muffe passando per allergeni batteri e composti organici volatili

Rubrica: Sindrome dell’edificio malato
Titolo o argomento: Polveri e allergeni, composti organici volatili, batteri e muffe
Polveri e allergeni

Quando si fanno i normali lavori domestici, quando si cucina, si stira, si piegano abiti, o quando si eseguono lavori più complessi, si carteggia un muro, si rivernicia, si rompe una parete, si modifica un impianto, ecc., si formano particelle di polvere diverse per natura e dimensioni. Tali particelle compromettono radicalmente la qualità dell’aria respirata. Sebbene l’affermazione che segue possa risultare tanto sconvolgente quanto surreale, in realtà è stato accertato che vi è una relazione diretta tra quantità di polvere nelle case ed il livello di piombo presente nel sangue dei bambini che ci vivono. Ma non solo, la presenza di polvere aumenta significativamente la quantità di metalli pesanti assunta tramite gli alimenti in seguito al contatto mano-bocca. Molte patologie si riducono significativamente regolando la presenza, la localizzazione ed il deflusso delle polveri. E’ opportuno notare come negli ultimi anni siano aumentate significativamente le patologie allergiche legate prevalentemente all’antropode “mangia-polvere”, il Dermatophagoides Pteronyssinus). In soldoni costruire in modo intelligente e conscio dei materiali adeguati o meno, è un’ottima forma di medicina preventiva.

Gas radon

Il radon è un gas che si forma per decadimento dell’uranio tellurico. Dopo il decadimento la radioattività permane ed il radon decade a sua volta in altri atomi più leggeri ancora una volta radioattivi. Si tratta di un gas più pesante dell’aria che penetra nelle abitazioni attraverso fessure, crepe o sigilli male eseguiti o non eseguiti. Alcuni dei prodotti di decadimento del radon sono carichi elettricamente e, legandosi agevolmente, vengono veicolati in giro per l’abitazione dalla polvere. Una volta che la polvere in sospensione nell’aria viene respirata, raggiunge i bronchi dove i prodotti radioattivi, decandendo, emettono particelle alfa (nuclei di elio) con scarso potere penetrante ma elevata attività di ionizzazione delle molecole circostanti. La ionizzazione del DNA delle cellule bronchiali incrementa il rischio di sviluppare una neoplasia polmonare.

Composti Organici Volatili (VOC)

Le finiture per l’edilizia, gli arredamenti ed i materiali da costruzione largamente adottati per la realizzazione delle abitazioni e dei luoghi di lavoro, è ricca di colle, coloranti, solventi ed elementi in genere che divengono parte dell’articolo finito e, negli anni, di noi stessi. Si tratta di composti che solitamente  sono derivati dagli idrocarburi e che prendono la denominazione VOC (Volatile Organic Compounds). Il danno provocato all’organismo dell’uomo da questi prodotti è strettamente legato alla velocità con cui i composti organici volatili vengono rilasciati dalle suppellettili, dagli arredamenti e dalle finiture dell’abitazione. Tra la razionalità ed il mercato, vince sempre (o quasi) il mercato.

Batteri e muffe

In un ambiente progettato male nel quale non vi è una corretta ventilazione, illuminazione e deumidificazione degli ambienti, non si vive da soli con i propri familiari… in realtà insieme all’uomo, in tali ambienti, vivono microrganismi. Essi rappresentano una vera sfida per il sistema immunitario e possono dar luogo a diverse patologie a seconda della predisposizione individuale. Ovviamente l’aspetto poco piacevole e l’odore decisamente sgradevole che si viene a creare in presenza di batteri e muffe “vivi” in una casa contaminata, rappresenta un elemento obiettivo di cui tutti ci possiamo accorgere. Ciò a cui spesso non si pensa è che questi fenomeni sono vivi e in stretta relazione con la nostra salute. La frequenza con cui si effettuano le pulizie ed il modo con cui esse vengono effettuate hanno un ruolo importantissimo sulla salubrità dell’ambiente, un ruolo secondo solo alla bontà del progetto dell’edificio.

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Sindrome dell’edificio malato – Dalle polveri alle muffe passando per…

Fonte:
Conferenza tenuta dal Dott. Nicola Fiotti
Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Trieste
Note, osservazioni e rielaborazione dati:
a cura dell’autore del blog

Batteri e muffe presenti negli ambienti domestici

Tipica muffa che si sviluppa in ambienti domestici mal progettati
Image’s copyright: Pacific IAQ – pacificiaq.com
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Che cos’è la fitodepurazione?

Rubrica: Building and living
Titolo o argomento: Depurazione biologica delle acque reflue

In natura hanno luogo continui processi di depurazione naturale operati da organismi animali e vegetali marini e terrestri (batteri, funghi, protozoi, alghe, ecc.). Le sostanze organiche naturali o antropiche1 che raggiungono un corso d’acqua vengono demolite da microrganismi e i prodotti della mineralizzazione vengono utilizzati dai vegetali. Le acque reflue domestiche, agricole e, talvolta, industriali, possono essere depurate attraverso un processo completamente naturale denominato “fitodepurazione”, esso sfrutta la capacità autodepurativa degli ambienti acquatici e le caratteristiche di talune piante che vengono utilizzate come filtri biologici in grado di favorire processi di degradazione batterica ed antibiosi. L’ambiente acquatico viene ricavato in un bacino impermeabilizzato (ad esempio con una guaina in pvc), riempito di materiale ghiaioso e vegetato da piante acquatiche. Tale soluzione permette di ridurre gli inquinanti presenti nelle acque reflue e depurarle con un basso impatto ambientale. Le piante in realtà non sono coinvolte direttamente nel processo depurativo ma hanno lo scopo di creare l’ambiente nel quale si forma la flora batterica atta ad ottenere il processo depurativo naturale.

Tecniche di fitodepurazione

Le tecniche di fitodepurazione possono essere classificate in base all’ecologia delle piante acquatiche, troviamo quindi i sistemi a idrofite galleggianti (pleustofite), i sistemi a idrofite radicate sommerse, i sistemi a macrofite radicate emergenti (elofite) ed i sistemi a microfite (alghe unicellulari).

Direzione di scorrimento dell’acqua

I sistemi di fitodepurazione a macrofite radicate emergenti possono essere ulteriormente suddivisi in base alla direzione di scorrimento dell’acqua. Abbiamo quindi una distinzione tra i sistemi a flusso superficiale (FWS – Free Water Surface), i quali sono realizzati mediante vasche o canali in cui la superficie dell’acqua è esposta all’atmosfera ed il suolo invece è costantemente sommerso (profondità compresa tra i 40 ed i 60 centimetri) costituendo il supporto per le radici delle piante, ed i sistemi a flusso sommerso (SSF – Subsurface Flow) nei quali l’acqua scorre, attraverso il medium di riempimento (ghiaia o sabbia ad esempio), al di sotto della superficie senza un contatto diretto con l’atmosfera. A loro volta i sistemi a flusso sommerso si dividono in due sottocategorie. I sistemi a flusso orizzontale (HF – Horizontal Flow) dove l’acqua, che scorre in senso orizzontale (con leggera pendenza), viene depurata in una o più vasche, profonde tra i 70 e gli 80 centimetri, contenenti materiale inerte sul quale si sviluppano le radici della macrofite (ambiente prevalentemente anaerobico). In alternativa vi sono i sistemi a flusso verticale (VF – Vertical Flow) dove il refluo viene immerso in un filtro di materiali inerti profondo circa 1 metro (ambiente aerobico). Tra le tipologie di sistemi di fitodepurazione più adottate troviamo quelli a lagunaggio (facenti parte dei sistemi a flusso superficiale) i quali si ispirano ai meccanismi che hanno luogo all’interno delle paludi e quelli a flusso verticale (facenti parte dei sistemi a flusso sub-superficiale).

Sistema a lagunaggio

Trattasi di un sistema che riproduce i meccanismi autodepurativi che hanno luogo in paludi e zone umide, il sistema sfrutta apposite vasche di sedimentazione nelle quali si avvia il processo di ossigenazione ad opera di microorganismi. Tale sistema necessita di grandi spazi dotati di una leggera pendenza che impedisce il pompaggio del refluo all’impianto.

Sistema a flusso verticale

La depurazione avviene in due fasi, nella prima (fase di sedimentazione) si svolge il trattamento primario in una vasca biologica di tipo Imhoff. Nella seconda (fase di pompaggio) il refluo viene spinto da una pompa, al fine di essere filtrato verticalmente, in una vasca filtro contenente piante le cui radici sono circondate da grani di ghiaia di diverse dimensioni affogati nella sabbia. Tale procedura, usufruendo di tubazioni con fori equidistanti, permette un contatto omogeneo del refluo con le radici delle piante agevolando così l’ossigenazione e prevenendo la formazione di eccessivi odori sgradevoli.

Vantaggi e svantaggi della fitodepurazione

Tra i principali vantaggi della fitodepurazione troviamo i ridotti costi dell’impianto e della gestione, l’assenza di consumi energetici a carico dell’uomo, la possibilità di gestione dell’impianto da parte di personale non specializzato, la ridotta manutenzione, la flessibilità nei confronti di variazioni del carico idraulico e organico, la riduzione delle portate da trattare grazie ai fenomeni di evapotraspirazione, il risparmio di chilometri di costosi impianti di tubazione per il collegamento alla rete di scarico urbana, il risparmio del 60% in termini di energia elettrica rispetto ai sistemi adottati negli impianti urbani, la possibilità di riutilizzare l’acqua depurata, e ormai ricca di nutrienti, per irrigare giardino e coltivazioni, il riutilizzo dell’acqua (non potabile) per uso negli elettrodomestici (lavatrice, lavastoviglie, riscaldamento, ecc.), per il lavaggio dell’auto o di qualunque altro oggetto e per gli sciacquoni del bagno. D’altra parte, però, è opportuno riconoscere che vi sono anche degli svantaggi di cui raramente si parla. Tra questi troviamo ad esempio l’elevata produzione di vegetazione da rimuovere e smaltire periodicamente, la necessità di aree da poter destinare all’impianto, la diminuzione delle efficienze depurative nel periodo invernale e quindi la quasi impossibilità ad utilizzare simili impianti in luoghi caratterizzati da climi rigidi, il possibile sviluppo di cattivi odori, la possibile proliferazione di insetti e la possibile presenza di ratti.

I costi

Dati da elaborare.

1 L’antropizzazione è il processo mediante il quale l’uomo modifica l’ambiente naturale, per renderlo più consono ai propri fini.

tipologie di impianti

La grafica oltre a proporre una classificazione dei sistemi di fitodepurazione,
mostra un esempio di sistema a macrofite radicate emergenti di tipo
sommerso a flusso orizzontale.
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Salubrità degli ambienti domestici e di lavoro: i numeri ed i dati che non ti aspetteresti

Rubrica: Sindrome dell’edificio malato
Titolo o argomento: Le insidie che si nascondono negli ambienti di tutti i giorni
Segue dall’articolo:
Sindrome dell’edificio malato – Sick building syndrome

Lo sai che le infiltrazioni e le muffe presenti negli ambienti domestici e di lavoro causano rinite allergica, congiuntivite, asma bronchiale, alveolite allergica? Lo sai che il 30% degli edifici lavorativi hanno seri problemi di aerazione? Lo sai che un “edificio malato” causa tosse secca, vertigini e nausee, irritazioni di occhi, naso e gola, secchezza della pelle e prurito, difficoltà di concentrazione, esagerata sensibilità a certi odori, facile affaticabilità e cefalee? Lo sai che la qualità dell’aria, la luce, la temperatura e la qualità in generale degli ambienti, e la loro ergonomia, hanno un impatto non indifferente sulla tua salute? Lo sai che i cittadini occidentali trascorrono il 90% del tempo all’interno di strutture costruite dall’uomo?

La qualità dell’aria dipende dalla vetustà dell’edificio, dalle finiture, dalle colle e dagli impregnanti utilizzati per i mobili, dagli elettrodomestici, dall’aerazione e, persino, dai prodotti della combustione di una candela che brucia. L’aria presente in casa e negli ambienti di lavoro, può contenere polveri (che a loro volta contengono batteri e virus), gas radon, pesticidi, composti organici volatili (VOC) come la formaldeide, idrocarburi aromatici (PAH). Persino all’interno di un automobile troviamo formaldeide, polveri ed idrocarburi aromatici.

La formaldeide è un legante e viene impiegata principalmente per la produzione di polimeri e altri composti chimici. Può anche essere impiegata come vernice collante di pannelli in legno truciolato o pannelli, e interni in generale, dei veicoli (automobili, autobus, veicoli commerciali, industriali, ecc.), trova anche applicazioni per la realizzazione di pannelli fonoassorbenti dei controsoffitti, nei divisori degli uffici open space, ecc. La formaldeide tende a volatilizzarsi nell’ambiente circostante e conferisce quell’odore caratteristico di nuovo che, spesso, piace ma che, sempre, è dannoso. La persistenza del fenomeno si aggira intorno ai 2 anni. Chi cambia frequentemente auto corre maggiori rischi per la propria salute ed il consiglio, per ridurre al minimo i problemi, è quello di effettuare l’acquisto in periodi primaverili/estivi e lasciare il veicolo sotto il sole (specie nelle ore di punta) con tutti i finestrini aperti abitualmente per diverse settimane. Solo quando l’odore di nuovo sarà scomparso, il veicolo potrà ritenersi più sicuro. Stesso dicasi per chi lavora in ambienti sigillati (per la presenza di un impianto di condizionamento) a stretto contatto con i pannelli di finiture e divisori.

Il gas radon è un gas radioattivo, inodore e incolore che si forma dal decadimento dell’uranio tellurico. Esso può essere contenuto nei materiali da costruzione o provenire da rocce o porfidi (contenenti uranio) presenti nelle finiture della costruzione o nel sottosuolo della costruzione stessa. Generalmente entra in casa da crepe presenti nelle fondamenta. Il radon genera composti che si trasmettono con la polvere e che attaccano i polmoni generando tumori.

Lo sai che la tua salute è direttamente collegata alla qualità costruttiva di edifici residenziali, di lavoro e persino della tua automobile? Ora sì. La casa e l’automobile sono investimenti che condizionano la vita, pretendi la qualità vera tangibile e cerca di adottare autonomamente soluzioni che minimizzano o annullano problemi della tipologia di quelli citati.

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Fonte:
Conferenza tenuta dal Dott. Nicola Fiotti
Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Trieste
Note, osservazioni e rielaborazione dati:
a cura dell’autore del blog

Concentrazione radon in Italia

Image’s copyright: ISPESL – Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro
Nell’immagine è indicata l’unità di misura Bq (Becquerel), si tratta dell’unità di misura del
Sistema internazionale dell’attività di un radionuclide: un Becquerel equivale ad una
disintegrazione al secondo, in questo caso indica il decadimento al secondo del gas radon.
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Sindrome dell’edificio malato – Sick building syndrome

Rubrica: Sindrome dell’edificio malato
Titolo o argomento: L’analogia tra la qualità del cibo e quella degli ambienti in cui viviamo

Vi è una stretta analogia tra i danni causati dal “mangiar male” ed i danni accusati da chi vive in un ambiente tutt’altro che sano. La differenza è che, del cibo, se ne parla ormai tantissimo da diverso tempo ed i consumatori cercano di essere quantomeno più attenti, mentre dei danni per l’organismo causati dalla qualità degli ambienti in cui viviamo, non se ne parla affatto. Oserei dire che si tratta di una materia ancora sconosciuta ai più, una materia che potremmo chiamare “Sindrome dell’edificio malato” o “Sick building syndrome”.

Ho sentito questa definizione di recente presso una interessantissima conferenza tenuta dal Dott. Nicola Fiotti dell’Università di Trieste. Egli spiega che uno dei concetti più trascurati è il fatto che ciò che vive nella casa dell’uomo, è destinato, in tempi più o meno rapidi, a vivergli dentro. Sebbene sia saputo e risaputo che, a persone con diverse esigenze di vita, vengono associate diverse esigenze alimentari (l’atleta, l’impiegato e l’anziano non possono mangiare allo stesso modo gli stessi cibi), lo stesso non si può affermare circa le esigenze abitative. Non esiste infatti un’abitazione che sia adatta sia a soggetti allergici, che ai fumatori o, ad esempio, a chi ha l’hobby della pittura.

In questa similitudine le caratteristiche qualitative del cibo vengono accomunate a quelle dei materiali da costruzione i quali, se sono di bassa qualità, liberano composti volatili, dannosi e cancerogeni. I danni apportati da cibi cucinati male, contenenti sostanze nocive per l’organismo, contaminati da agenti patogeni o di basso apporto nutrizionale, producono effetti molto simili a quelli dei materiali da costruzione inadeguati. Oltretutto i materiali da costruzione rimangono a contatto con l’organismo per tempi decisamente più lunghi rispetto ad un alimento nocivo.

La realtà è che praticamente nessuno sa quanto gas radon o quanta formaledeide respira ogni giorno nella casa in cui vive o sul posto di lavoro o, persino all’interno della sua automobile. Ancor più sottovalutato è l’arco di tempo lungo il quale tali fenomeni si verificano e persistono sollecitando in maniera brutale l’organismo. Spesso, quando si scopre di avere un danno all’organismo, si tende a dire che non ci si poteva fare niente, che sono cose che capitano, a qualcuno dovevano succedere… Non è esattamente così, la realtà è che spesso, molto spesso, si ignora cosa si introduce nel corpo, sia per via aerea, sia per via orale. La qualità dell’aria presente nei posti dove viviamo, lavoriamo o ci muoviamo è tanto importante quanto la tutela degli aspetti lavorativi, l’ergonomia, l’illuminazione, la sicurezza, ecc.

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Ricostruire le città dall’interno. I comuni virtuosi.

Renzo Piano (www.rpbw.com) è del parere, e molti come me concordano perfettamente, che le città vanno rinnovate dall’interno. Questo significa che, invece di ampliarle eccessivamente verso le periferie, vanno riqualificate fin dal nucleo dove palazzi, condomini e strutture di vario genere necessitano di essere ristrutturate, talvolta demolite e ricostruite, altre volte completamente rinnovate e sostituite con progetti fondati su nuove logiche e nuove tecnologie.

Se molti concordano con questa teoria, molti altri pensano invece che ricostruire dall’interno sia errato in quanto un comune così perde gli oneri di urbanizzazione, si blocca la crescita del paese (sia demografica che economica) e la popolazione non lo accetta.

Diversi comuni, definiti “virtuosi”, stanno dimostrando invece come sia oltremodo valida la prima teoria la quale non impedisce ovviamente la crescita verso le periferie ma la pone come fase successiva ad un’ottimizzazione tecnologico-strutturale di quanto già disponibile in un contesto abitativo. Le città risultano così più vivibili, pulite, ordinate, ottimizzate ed esteticamente gradevoli. Inoltre le nuove tecnologie in esse inserite migliorano la qualità della vita degli abitanti.

Per conoscere chi sono e cosa hanno realizzato i comuni definiti virtuosi visita il sito: www.comunivirtuosi.org

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Le città del futuro iniziano ad essere una realtà tangibile nel mondo.
Anche in Italia qualcosa si muove, ma con molte difficoltà…
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Le nuove frontiere del fotovoltaico


Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Dai pannelli fotovoltaici in plastica alle lacche fotovoltaiche

Se da un lato cresce l’esigenza di migliorare il rendimento dei pannelli in modo tale che possano convertire in energia elettrica quanta più energia solare assorbita (vedi il nostro articolo: P.E.T.E. Photon Enhanced Thermionic Emission), dall’altro anche l’occhio vuole la sua parte. Per tale ragione si studiano tecnologie in grado di offrire pannelli esteticamente sempre più gradevoli, pannelli mimetizzabili nel contesto abitativo urbano e delle periferie e, addirittura, pannelli completamente invisibili… Per raggiungere tali scopi, scienziati e ricercatori di tutto il mondo si stanno orientando verso nuovi orizzonti tecnologici: plastiche opportunamente trattate, lacche e tutti i possibili materiali che possano sostituire il silicio per ridurre i costi di produzione.

Non si tratta di fantascienza ma delle tecnologie attualmente in fase di studio e sperimentazione le quali, si prevede, saranno disponibili già dal 2015-2016. La prima di queste innovazioni prevede l’impiego di pannelli realizzati in “plastica” (opportunamente trattata) i quali sostituirebbero totalmente il  classico pannello fotovoltaico realizzato con l’impiego del silicio. I vantaggi si traducono in termini di costi minori (fino all’80% in meno), semplicità delle lavorazioni e dell’interno processo produttivo ed un’estetica molto più adattabile ai contesti abitativi. Si è scoperto che con la plastica, sotto determinate condizioni, si possono ricavare da 10 watt di energia solare, 1/10 di watt di energia elettrica. Un valore a dire il vero troppo basso se non fosse per il fatto che trattando opportunamente il materiale con delle particelle (polimeri conduttori e nanostrutture di carbonio) la quantità di energia elettrica che si riesce a ricavare sale notevolmente (attualmente non sono disponibili dati precisi su tali studi ma l’unico parametro attendibile pare sia un rendimento inferiore rispetto ai pannelli fotovoltaici basati su silicio per via della bassa conduttività dei polimeri). Tali pannelli in plastica oltre ad essere più economici e facilmente lavorabili, possono essere realizzati con particolari forme e linee in modo da abbellire le facciate degli edifici offrendo un impatto decisamente gradevole, pulito e moderno. Anche per questa soluzione la durata della vita utile è prevista intorno ai 15-20 anni.

Altra tecnologia interessante, attualmente in fase di studio, è una particolare lacca che sarebbe in grado di trasformare l’energia solare in energia elettrica (esattamente come avviene in un normalissimo pannello fotovoltaico). Tale lacca potrebbe essere spruzzata su edifici di vario genere e rimanere completamente invisibile oltre ad essere facilmente applicabile e, soprattutto, con costi decisamente contenuti. Io personalmente credo che potrebbe essere persino miscelata con le vernici delle automobili ibride ed elettriche per dare un ulteriore apporto energetico utile alla ricarica delle batterie sia in movimento che durante una sosta. Una soluzione sicuramente molto interessante ma tutta da dimostrare per quanto concerne l’efficacia, l’affidabilità e la sicurezza.

Insomma, si cerca di trovare ogni possibile materiale alternativo al silicio con lo scopo di realizzare pannelli con una flessibilità d’uso smisurata, applicabili su diverse superfici e, ovviamente al costo più basso possibile immaginabile anche se questo dovesse significare un rendimento più basso di qualche punto percentuale.

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Alla pellicola di plastica, facilmente modellabile, viene applicato un rivestimento conduttivo.
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Che cos’è un Ultracapacitore (o Supercondensatore)?

Rubrica: Tecnologie utili ai mezzi elettrici ed ibridi, ma non solo…

Titolo o argomento: Accumulo e utilizzo rapido di energia mediante ultracapacitore

Un ultracapacitore (o ultracondensatore o supercondensatore) è una sorta di batteria in grado di accumulare grandi quantità di energia, essere ricaricata centinaia di migliaia di volte e, cosa più importante, essere ricaricata in tempi decisamente brevi. La tecnologia oggi è arrivata al punto di offrire ultracapacitori in grado di ricaricarsi completamente in tempi che vanno da 1 a 30 secondi. Ci sono delle pecche? Come è naturale che possa essere sì: il peso e, per qualche tempo ancora, i costi. L’efficienza è attestata intorno a valori del 90-95% e sono previsti 500.000 cicli di ricarica senza problemi. Tecnicamente un ultracapacitore è un dispositivo a cavallo tra le tradizionali batterie ricaricabili ed un condensatore elettrolitico. Vanta elevata potenza, energia e affidabilità a lungo termine. Un ultracapacitore è composto da due elettrodi immersi in un elettrolita. La separazione avviene per mezzo di un dielettrico poroso che previene il cortocircuito degli elettrodi. Un ultracapacitore immagazzina energia sotto forma di cariche elettrostatiche. Queste si dispongono in versanti opposti a seconda della carica che si forma tra la superficie degli elettrodi e l’elettrolita.

Simili dispositivi sono stati scartati ad esempio nel progetto della Porsche 911 Hybrid perchè, nonostante la buona autonomia fornita ai motori elettrici nonché la possibilità di ricarica rapida ad ogni frenata, il peso non rendeva complessivamente vantaggioso il meccanismo messo a punto da Porsche. Ragione per cui si è optato per un accumulatore di energia cinetica a volano.

Gli ultracapacitori più commercializzati sono costituiti da due elettrodi (solitamente a base di carbone attivo) e da un elettrolita, tale versione prende il nome di EDLC ovvero Electrochemical Double Layer Capacitor e funziona sostanzialmente come un normale condensatore accumulando energia elettrica e trasferendo cariche elettriche (positive e negative) sui due elettrodi separati da un isolante (in questo caso elettrochimico). Nell’ultracapacitore la carica elettrica si accumula all’interfaccia tra un conduttore (l’elettrodo) ed un elettrolita liquido, generando quindi un doppio strato di cariche dove ad ogni elettrodo equivale un condensatore a facce piane. L’aumento delle caratteristiche ottenuto dagli ultracapacitori, rispetto ai normali condensatori, è sostanzialmente dovuto all’utilizzo di materiali innovativi ad alta superficie microscopica ed allo spessore equivalente del dielettrico, pari alla distanza tra le cariche elettriche (spessore del doppio strato) e non a quella tra gli elettrodi. Possiamo effettuare interessanti distinzioni tra le configurazioni degli ultracapacitori (o supercondensatori), di seguito ne troviamo un breve elenco.

Pseudo-condensatori: alla carica elettrostatica aggiungono quella elettrochimica associata a 2 particolari reazioni elettrodiche.
Ultracapacitori simmetrici: hanno i due elettrodi uguali.
Ultracapacitori asimmetrici: hanno i due elettrodi dello stesso materiale ma di composizione diversa.
Ultracapacitori ibridi: hanno i due elettrodi di materiale diverso.
Ultracapacitori asimmetrici ibridi: ad un elettrodo di supercondensatore viene abbinato un elettrodo di una batteria.

Si possono poi effettuare distinzioni basate sull’elettrolita utilizzato, esso infatti può essere di tipo “acquoso” o di tipo “organico” (o non acquoso). Il primo tipo utilizza acido solforico diluito ed è caratterizzato da una tensione di lavoro di circa 0,7-0,9 V mentre il secondo tipo (più recente) raggiunge una tensione di cella superiore ai 2,3 V. Grazie a queste soluzioni si è potuto superare il limite di 5 Wh/kg di energia specifica e 4-5 kW/kg di potenza specifica con una stabilità e durata di vita ben maggiore di 500.000 cicli completi di carica e scarica.

L’energia accumulata vale:
E = 1/2 CV2 dove C è la capacità del condensatore espressa in Farad e V è la tensione nominale in Volt.

La potenza di picco invece vale:
P = V2/(4R) dove V è la tensione nominale espressa in Volt ed R è la resistenza equivalente serie in Ohm.

Gli ultracapacitori sono prevalentemente destinati all’uso industriale (backup, unità di potenza ausiliaria, compensazione della potenza istantanea, compensazione potenza di picco), alle energie rinnovabili (stoccaggio energia ricavata in eccesso dai pannelli fotovoltaici), alle piccole utilità elettroniche (cellulari, computer portatili…) ed ai trasporti (vetture elettriche, vetture ibride, moto e biciclette elettriche, trasporti pesanti). Insomma possiamo definire un ultracapacitore un dispositivo affatto complesso che sfrutta un fenomeno puramente fisico di un processo reversibile di accumulo elettrostatico, anziché una reazione chimica, con la conseguenza che si ottengono i vantaggi e gli svantaggi sopra citati.

ultracapacitor

Un simile dispositivo è l’ideale per immagazzinare rapidamente l’energia fornita ad ogni frenata da un veicolo ibrido.

ultracapacitor

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Tecnologie obsolete: costruire una casa

Rubrica: Tecnologie obsolete

Titolo o argomento: Edilizia e metodi di costruzione

Se penso che al giorno d’oggi una casa è ancora costruita con il cemento e con un processo produttivo che implica la necessità di vari strati, ad esempio: mattone faccia a vista, strati isolanti per l’isolamento termico, strati isolanti per l’isolamento acustico, mattoni forati, cemento, intonaco, vernice… penso a un qualcosa di vecchio, obsoleto, costoso e difficile da aggiustare, ristrutturare, sistemare, modificare.

Tecnicamente non è sensato al giorno d’oggi dover rompere i muri per far passare un impianto di allarme  (certo ce ne sono di wireless ma con quali rischi?) o dover rompere un pavimento per aggiustare o modificare le tubazioni dell’impianto idrico. Non ha molto senso fare la casa a strati altrimenti non è isolata ai rumori, al caldo e al freddo, all’umidità. Non ha molto senso che non sia ristrutturabile con facilità e che sia necessario molto spesso spendere cifre pari a quelle del valore della casa stessa per ristrutturarla ed avere comunque un edificio “vecchio”.

La logica dei mattonici LEGO è senz’altro un buon punto di partenza per comprendere come le tecnologie attuali dovrebbero fornire case che possano essere smontate senza danni per adeguare impianti e isolamenti o ancora per implementarle con nuove tecnologie o ristrutturarle recuperando pezzi ed utilizzandone di nuovi.

Un minimo accenno a questa idea di cambiamento, fervida nella mia mente, lo possiamo vedere ad esempio con le case in cemento armato dotate però di tetti in legno. Se ncessario dopo 20 o 30 anni questi possono essere completamente smontati aggiustati o sostituiti. Si può montare un isolamento termico migliore, cambiare una trave, ecc…

Esistono persino pavimenti che si svitano… Questo significa che per modificare un impianto idrico si prende un cacciavite, si svitano le viti, si sollevano le mattonelle e si lavora sugli impianti senza rompere né spendere cifre esagerate.

Esistono inoltre blocchi di mattoni che vengono assemblati con la sola pressione del loro peso, altri che sono già completi di buona parte degli strati di cui necessita la casa. Con una sola passata si monta tutto e le spese di montaggio calano drasticamente anche se, sinceramente, aumenta il costo del laterizio.

Infine possiamo costruire (e smontare per ricostruire in un altro modo) diverse zone ricreative della casa  con mattoni in legno senza quindi ricorrere ai mattoni tradizionali ed alle complicazioni che tali lavori implicano.

Insomma più andremo avanti e più la casa sarà comparata ad un’automobile che si può portare dal meccanico, smontare, revisionare e aggiornare sostituendo delle parti facilmente e senza buttare via la struttura primaria. Questa tecnologia però è in ritardo… a mio avviso, oggi dovrebbe già essere diffusa da un pezzo. Invece sul mercato troviamo spesso prodotti obsoleti*, sensibili ai terremoti** ma talvolta osannati con campagne di marketing nelle quali si abusa di suffissi quali “bio”, “eco” senza avere una concreta idea di cosa si stia parlando.

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*Il fondo lo si tocca in quelle particolari agenzie immobiliari che tendono a far credere ai clienti che “tutte le case sono uguali” e che quindi conviene sempre scegliere quella che costa meno. Poi puntualmente accade questo: La casa, un investimento sicuro?
**Sensibili ai terremoti significa che la casa resiste ai terremoti come prescritto a norma di legge, tuttavia può richiedere, in seguito a forti scosse, costosi lavori di manutenzione cosa che accade più raramente con strutture in cemento misto legno di cui ancora troppo poco si sente parlare.
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PETE. Photon Enhanced Thermionic Emission. Ottenere energia da luce e calore

Rubrica: Impianti fotovoltaici

Titolo o argomento: Photon Enhanced Thermionic Emission

50 milioni di GigaWatt vengono regalati ogni giorno dal sole alla terra

All’Università di Stanford, in California, stanno sviluppando un sistema che permette di generare elettricità utilizzando come propellente sia la luce che il calore del sole. La tecnica si chiama P.E.T.E. ovvero Photon Enhanced Thermionic Emission e l’idea è quella di aumentare il più possibile l’efficienza dei pannelli fotovoltaici riducendo al contempo i costi degli impianti.

Oggi esistono due soluzioni per ottenere energia elettrica dal sole. I pannelli fotovoltaici (che sfruttano i  quanti) producono corrente elettrica sfruttando l’energia dei fotoni per eccitare gli elettroni di un semiconduttore (silicio). I pannelli solari termodinamici (che si basano sulla termodinamica) invece utilizzano le radiazioni solari come sorgente di energia termica, che viene incamerata in speciali fluidi poi utilizzati per alimentare turbine a vapore.

Il sistema P.E.T.E. sfrutta entrambi i processi, tuttavia si manifesta un problema non da poco: i pannelli fotovoltaici e termici lavorano ad intervalli di temperatura troppo diversi e, sopra i 100 gradi centigradi , il silicio perde le sue proprietà di semiconduttore e le celle fotovoltaiche non sono più in grado di produrre energia. A questo problema si è posto rimedio sostituendo il silicio con il nitruro di gallio (anche se si stanno già facendo nuove prove utilizzando l’arseniuro di Gallio che pare offra maggiori certezze sui risultati previsti). Si tratta di un semiconduttore in grado di lavorare in presenza di temperature più elevate. Ad esso è stato aggiunto un secondo strato metallico a base di Cesio che permette di catturare anche il calore che altrimenti verrebbe perso in un normale pannello fotovoltaico. Tale strato produce elettroni attraverso un meccanismo conosciuto come effetto termoionico.

Si è così passati da un estremo all’altro. Gli attuali pannelli fotovoltaici sono in grado di lavorare correttamente solo a temperature inferiori ai 100 gradi centigradi. Il sistema P.E.T.E. mostra una buona efficienza solo al di sopra dei 200 gradi centigradi. Questa condizione sembra buona per un accoppiamento con i concentratori solari parabolici i quali raggiungono temperature di circa 800 gradi  centigradi. Si prevede si possa raggiungere un’efficienza approssimativamente del 60%. Un valore molto elevato sul quale bisogna stare cauti ed attendere tutte le dimostrazioni necessarie.

Le celle fotovoltaiche attuali raggiungono un rendimento del 20% circa. Si possono tuttavia raggiungere rendimenti del 40% con celle dette a “multigiunzione” le quali però hanno costi proibitivi. Il solito problema del cane che si morde la coda. Nelle celle multigiunzione i semiconduttori vengono disposti su diversi strati al fine di catturare una gamma più ampia di lunghezze d’onda dalle radiazioni solari.

Le alte concentrazioni solari rendono possibile la riduzione del costo dei materiali riducendo le dimensioni del pannello inoltre i dispositivi P.E.T.E. sono naturalmente abbinabili con le macchine termiche e potrebbero essere implementati collegandoli alle infrastrutture termico-solari esistenti per ottenere rendimenti sinora mai visti. Guarda il video.

Fonte: Nature Materials Journal

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