Pannelli solari sott’acqua: la nuova frontiera dell’energia fotovoltaica nei fondali marini

A prima vista sembrerebbe una contraddizione: mettere una cella solare proprio dove la luce del Sole diventa sempre più debole via via che si scende. Eppure un gruppo di ricercatori della Yunnan University, in Cina, è riuscito a produrre elettricità con moduli fotovoltaici immersi fino a 10 metri di profondità nel Mar cinese meridionale. Non si tratta, però, dei comuni pannelli di silicio installati sui tetti delle nostre abitazioni, bensì di celle realizzate con perovskiti ad alogenuri di piombo, ossia dei materiali semiconduttori le cui caratteristiche possono essere modificate per assorbire determinate porzioni dello spettro luminoso. Il risultato, pubblicato sulla rivista Joule, non prefigura però sterminate centrali solari sui fondali marini: l’obiettivo è molto più concreto e puntuale, e riguarda l’alimentazione di sensori, telecamere, sistemi di comunicazione e di piccoli robot che oggi dipendono da batterie o da collegamenti con la superficie. Per capire perché il sistema funzioni bisogna innanzitutto considerare che l’acqua non «spegne» tutta la luce nello stesso modo. Le lunghezze d’onda maggiori, soprattutto sullo spettro del rosso e dell’infrarosso, vengono assorbite rapidamente, mentre quelle comprese grossomodo tra 400 e 600 nanometri – che vanno dal blu fino a parte dell’arancione – riescono a penetrare più in profondità. I ricercatori hanno quindi progettato una perovskite con un band gap di circa 1,96 elettronvolt: in parole semplici, hanno regolato il materiale affinché fosse particolarmente adatto a trasformare proprio i fotoni che sopravvivono meglio al viaggio attraverso l’acqua. In laboratorio, sotto una luce artificiale che simulava lo spettro presente a 10 metri di profondità, le celle hanno raggiunto un’efficienza di conversione del 34,71%. Il dato non significa che sott’acqua producono più elettricità che sulla terraferma: l’energia luminosa disponibile è infatti molto inferiore, ma una quota particolarmente elevata di quella poca luce rimasta viene convertita in elettricità. Dopo gli esperimenti in laboratorio, i ricercatori hanno montato moduli con una superficie attiva di 115 centimetri quadrati su piccoli robot subacquei e li hanno immersi vicino all’isola di Weizhou, nel Mar cinese meridionale. In due ore di esposizione al Sole hanno raccolto 1.416 milliwattora di energia a 2 metri di profondità, 752 a 6 metri e ancora 324 a 10 metri: quantità modeste rispetto a quelle richieste da un elettrodomestico, ma sufficienti per ricaricare piccole batterie agli ioni di litio o per accendere dei LED. Anche la durata sembra promettente, almeno sulla carta. Dopo 1.160 ore di funzionamento continuo sotto un’illuminazione artificiale equivalente a quella presente a 10 metri, le celle non hanno mostrato un degrado significativo e dai test di invecchiamento accelerato gli autori hanno stimato una vita utile di circa 5,5 anni. Si tratta però di una previsione ottenuta in laboratorio, non della dimostrazione che un pannello lasciato realmente cinque anni in mare manterrebbe le stesse prestazioni. È proprio qui che questa tecnologia potrebbe diventare interessante. Un sensore che misura temperatura e salinità, una telecamera che osserva un allevamento ittico o una stazione di monitoraggio acustico possono consumare poca energia ma dover funzionare per mesi o per anni, spesso in luoghi difficili da raggiungere. Produrre elettricità direttamente in loco consentirebbe di ricaricarne continuamente le batterie, riducendo gli interventi necessari per sostituirle o i costosi cablaggi che le collegano alla superficie. Restano però parecchi i problemi da risolvere: bisognerà capire fino a quale profondità il sistema potrebbe funzionare, garantire che l’incapsulamento impedisca all’acqua salata di raggiungere i delicati materiali e valutare l’effetto del biofouling, cioè l’accumulo di alghe e altri microrganismi marini sulle superfici, che potrebbe schermare progressivamente la luce. Ma il principio è stato dimostrato: almeno nei primi metri di profondità dell’oceano, i dispositivi del futuro potrebbero sfruttare direttamente sott’acqua la luce del Sole necessaria ad alimentarli.

Simone Valtieri