Vaclav Smil: idee di un genio che può salvare il pianeta

Vaclav Smil, idee che possono cambiare il mondo

Il percorso è stato tracciato dall'ambientalista Vaclav Smil, ricercatore presso l'Università di Manitoba, in Canada, autore del libro "Invenzione e innovazione: una breve storia di clamore e fallimento", in cui, diffidando di chi promette invenzioni straordinarie e irraggiungibili, detta la sua "lista dei desideri" per salvare il mondo, tenendo i piedi ancorati alla realtà. Ha scritto più di 40 libri e quasi 500 articoli su energia, ambiente e tecnologia.. Nel 2010 è stato nominato uno dei Top 100 Global Thinkers dalla rivista Foreign Policy e nel 2014 è diventato membro dell'Ordine del Canada. Per Einaudi pubblicato I numeri non mentono. Brevi storie per capire il mondo (2021 e 2023) e Come funziona davvero il mondo. Energia, cibo, ambiente, materie prime: risposte dalla scienza (2023).

“Le principali novità, a mio avviso – spiega – si riferiscono a una serie di questioni che dobbiamo affrontare con urgenza. Si concentrano su aree che avranno il maggiore impatto sul benessere umano e sull'ambiente e dove c'è già un patrimonio di conoscenze su cui costruire.

Di cosa hai veramente bisogno in questo momento?

Sbarazzarsi dei combustibili fossili per i trasporti e per questo servono super-batterie, più efficienti per immagazzinare abbastanza elettricità per i mezzi di trasporto: batterie agli ioni di litioUtilizzati oggi per alimentare auto elettriche, telefoni cellulari, laptop e altri dispositivi elettronici portatili, sono attualmente la scelta migliore. La migliore tipologia sul mercato ha una densità energetica di 755 Wh/l, e intanto la californiana Amprius Technologies sta sviluppando una nuova generazione di batterie al litio in grado di immagazzinare 1150 Wh/l.

Perché le batterie agli ioni di litio sono sempre più utilizzate?

Prendiamo come esempio le batterie agli ioni di litio delle biciclette elettriche:

Le batterie LITHIUM ION (Li-Ion) sono oggi la tecnologia più utilizzata nel mondo delle biciclette elettriche poiché, grazie alla loro rapporto potenza/peso, può percorrere lunghe distanze con una sola ricarica, riducendo del 60% il peso delle classiche batterie al piombo.

Hanno un'autoscarica molto bassa e non hanno il cosiddetto "effetto memoria" dovuto alle frequenti ricariche. La centralina interna (BMS) gestisce la tensione di ogni singola cella sia in fase di scarica che di carica, in modo da non danneggiare l'intero pacco batterie.

Tiro alla fune tra energie

Eppure, nonostante i miglioramenti, la densità energetica delle batterie rimane ben al di sotto di quella dei carburanti liquidi che ancora dominano i trasporti: la benzina raggiunge i 9600 Wh/l, il jet kerosene i 10.300 Wh/l, il diesel i 10.700 Wh/l. Perciò, dovrebbe essere possibile colmare il divario tra la densità energetica delle batterie e i combustibili fossili.

Negli ultimi 50 anni, la densità energetica massima delle batterie in uso è quintuplicata. Se manteniamo questo tasso per i prossimi 50 anni, raggiungeremo i 3750 Wh/l. Un risultato che faciliterebbe il trasporto pesante su strada e via mare con veicoli elettrici e che, tuttavia, sarebbe ancora insufficiente per alimentare un Boeing 787 a propulsione elettrica.

Il potere dei legumi

Quanto all'agricoltura, se si vuole che sia sostenibile, la sfida non è da meno. Si tratta di un'attività ad altissimo impatto dovuto al consumo di acqua, all'uso del suolo e al rilascio di fertilizzanti azotati inquinanti. Una novità fondamentale, secondo Smil, sarebbe la possibilità di sviluppare piante che non necessitano di fertilizzanti chimici (nel 2020 i terreni agricoli hanno ricevuto 113 milioni di tonnellate, il 40% in più rispetto al 2000): sono piante in grado di assorbire i nitrati in modo naturale come le leguminose do, che sfruttano microrganismi simbiotici attaccati alle radici. La chiave sarebbe isolando i geni delle leguminose che consentono la fissazione dell'azoto e trasferendoli alle piante di cereali e ortaggi.

fotosintesi produttiva

Abbiamo anche bisogno di una fotosintesi più produttiva: le piante sono davvero inefficienti nel convertire l'energia solare in biomassa. Solo la metà della radiazione solare che raggiunge una pianta può essere utilizzata nella fotosintesi stessa., percentuale che scende al 44% dopo aver sottratto la luce riflessa dalle foglie. Passo dopo passo, alla fine si stima che solo il 4,5% dell'energia solare venga convertita in carboidrati.

Pertanto, anche un miglioramento relativamente piccolo farebbe una grande differenza nei raccolti e, di conseguenza, nella disponibilità globale di cibo per nutrire adeguatamente una popolazione che potrebbe raggiungere i 10.000 miliardi entro il 2050. Pertanto, la ricerca dovrebbe funzionare per migliorare il processo di sintesi della biomassa, ad esempio, individuando i geni che rendono le radici più efficienti nella raccolta di acqua e nutrienti, per poi incorporarli nel DNA di tutte le piante considerate di interesse. Sarebbe inoltre necessario selezionare piante con rese più elevate e crescita più rapida.

L'illusione di Vaclav Smil e dei sistemi fotovoltaici autopulenti

Tema rinnovabile, alla portata di tutti. Smil pensa agli impianti fotovoltaici autopulenti, che può essere applicato come pittura sui muri e come vetro nelle finestre degli edifici. Gli impianti fotovoltaici, che convertono l'energia solare in energia elettrica, possono essere installati in qualsiasi posizione soleggiata. Le versioni più avanzate mantengono le loro prestazioni per almeno 20 anni.

L'ideale sarebbe quindi tappezzare le città con questi sistemi, dsmaltire i rivestimenti fotovoltaici da applicare in qualsiasi superficie urbana, per immettere l'energia elettrica prodotta nelle reti locali. Naturalmente, è un gioco se questi rivestimenti sono anche autopulenti, quindi rimangono funzionali nel tempo.

Ci stiamo avvicinando al sogno di Vaclav Smil: le finestre solari che generano elettricità sono già sul mercato. Un esempio emblematico è l'azienda Pilkington, che produce vetri autopulenti i cui rivestimenti fotocatalitici reagiscono con la luce solare per disgregare e sciogliere lo sporco. Il prossimo passo sarà rendere questi materiali accessibili e adattabili, alla portata di tutti.

Gli inizi del vetro fotovoltaico...

La storia del vetro fotovoltaico è iniziata tre anni fa, quando il gruppo di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali del Università di Milano-Bicocca riuscì in un'impresa che a molti potrebbe sembrare fantascienza. Il team ha annunciato l'arrivo del vetro fotovoltaico, capace di produrre elettricità attraverso la luce .

Questo tipo di sistema solare può essere perfettamente integrato nell'architettura di grandi edifici e non solo. La differenza con il vetro semplice sta nell'aggiunta di materiali otticamente attivi , nanosfere che assorbono la luce e la riemettono sotto forma di energia. Le piastre sono inserite in a doppi vetri a triplo strato e garantiscono l'isolamento termo-acustico e la protezione del dispositivo fotovoltaico dall'ambiente circostante.

Quali sono i vantaggi delle finestre fotovoltaiche?

Le finestre con vetro fotovoltaico integrado offrono diversi vantaggi, infatti, sono strutture abbastanza stabile, senza alcun impatto negativo sulla resistenza. Inoltre, non riducono eccessivamente l'irraggiamento naturale della casa, poiché garantiscono fino all'80% di trasparenza. Al contrario, assicurano una prestazione abbastanza elevata, con cui sono realizzati Materiali ecologici, hanno un costo contenuto e permettono un maggior risparmio energetico in casa.

Quali sono gli svantaggi del vetro fotovoltaico?

Come ogni prodotto, anche il vetro fotovoltaico ha i suoi svantaggi. Quest'ultimo può essere visto in termini di efficienza , infatti un impianto fotovoltaico tradizionale può essere orientato e inclinato in funzione dell'irraggiamento solare. Le finestre fotovoltaiche, invece, stare sempre in piedi e questa posizione riduce la produzione di energia rispetto ad un classico impianto a pannelli.

vera plastica verde

Serve anche una plastica veramente “verde”. La produzione mondiale di plastica sfiora i 400 milioni di tonnellate all'anno, la quasi totalità finisce in discarica. Solo una parte minoritaria viene riciclata e per questo, osserva Smil, sarebbe necessario produrre plastica realmente biodegradabile su scala industriale e con processi a basso costo, ad esempio ricavata da materiali di scarto o prodotta da microrganismi.

febbre planetaria

Contro la febbre planetaria - aggiunge lo studioso - non è escluso che, un giorno, dovremo ricorrere a un "parasole gigante", applicato nello spazio e capace di deviare tra l'1 e il 2% della luce solare. Questa barriera dovrebbe essere parcheggiata a circa 1,5 milioni di chilometri di distanza, nel punto tra il Sole e la Terra dove le loro forze gravitazionali si annullano a vicenda affinché la struttura rimanga in una posizione stabile. Al momento, questa è una prospettiva controversa e costosa e Smil la vede come uno "scherzo" da giocare se le emissioni di CO2 non vengono ridotte a sufficienza.

Ma non è tutto per Vaclav Smil...

Le novità urgenti e possibili non finiscono qui, conclude Smil. Il suo libro vuole essere un resoconto rassicurante di come la tecnologia e la creatività possano essere decisive per risolvere il grande dramma del momento: il cambiamento climatico.