Piccoli alberi artificiali catturano l’energia delle vibrazioni (e della brezza)

Un gruppo di ricercatori negli Stati Uniti ha proposto quella che potrebbe diventare una nuova forma di tecnologia legata all’energia eolica (e non solo): piccoli alberi artificiali meccanici in grado di produrre energia a partire dalle loro vibrazioni.
14 Maggio 2016


Un gruppo di ricercatori negli Stati Uniti ha proposto quella che potrebbe diventare una nuova forma di tecnologia legata all’energia eolica (e non solo): piccoli alberi artificiali meccanici in grado di produrre energia a partire dalle loro vibrazioni. La leggera brezza naturale del vento, o piccoli movimenti causati da altri fattori, potrebbero dunque diventare nuove forme di energia rinnovabile, suscettibili di incredibili sviluppi futuri.
L’idea alla base del progetto è quella di creare un dispositivo che possa convertire forze “casuali” – come il calpestìo dei pedoni su un ponte, una folata improvvisa di vento o addirittura una vibrazione sismica – in energia elettrica che possa essere alimentare dispositivi energetici. Lavorando in questa direzione, i ricercatori hanno trovato che strutture a forma di albero realizzate con materiali elettromeccanici si prestano particolarmente bene a questo tipo di conversione energetica.
«Gli edifici ondeggiano sempre leggermente al vento, i ponti oscillano quando vengono attraversati dalle automobili e le sospensioni della vettura assorbono gli urti», ha spiegato il coordinatore del progetto Ryan Harne della Ohio State University. «In effetti, esiste una quantità enorme di energia cinetica associata a quei movimenti che di solito viene perduta. Quello che vogliamo fare è recuperare e riciclare po’ di questa energia».
Harne e il suo team hanno usato un modello matematico per determinare che una fonte costante di elettricità potrebbe essere prodotta da oscillazioni intermittenti che si potrebbero tipicamente ottenere da raffiche di vento casuali. Utilizzando un processo noto come “risonanza interna”, i ricercatori hanno scoperto che potrebbe essere possibile indurre un albero artificiale elettromagnetico a vibrare con grande ampiezza e a bassa frequenza. In particolare, il modello matematico è servito a capire che, nelle strutture ad albero, è possibile mantenere le vibrazioni a una frequenza costante nonostante gli impulsi in entrata siano grandi e casuali: in questo modo l’energia può essere efficacemente acquisita e conservata in circuiti di alimentazione.
Come si legge nella rivista Journal of Sound and Vibration, l’ipotesi è stata testata dagli scienziati costruendo un dispositivo ad albero a partire da due travi di acciaio di piccole dimensioni (una che rappresenta il tronco e l’altra un ramo, non c’era necessità di foglie) connessi da una striscia di materiale elettromeccanico, il fluoruro di polivinilidene. Gli scienziati hanno installato l’albero “modello” su un dispositivo che permetteva di produrre scuotimenti ad alte frequenze.
Anche quando l’albero non sembrava visibilmente scosso risultava prodotta una piccola tensione (di circa 0,8 volt) e la tensione aumentava man mano che venivano introdotti una serie di scuotimenti intermittenti, il che dimostrava l’ipotesi che le energie casuali possono produrre vibrazioni utili per generare elettricità. Infine, anche quando durante la simulazione erano apportate “enormi quantità di rumore”, l’albero riusciva ancora a produrre tensione in quantità robusta e in modo affidabile.
Ora, Harne e il suo team proseguiranno negli studi di fattibilità per gettare le basi per lo sfruttamento di questa fonte di energia rinnovabile e sostenibile a lungo termine. «Per cominciare – spiega Harne – questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per alimentare i sensori di monitoraggio di alcuni tipi di infrastrutture civili, come i ponti». Le prime applicazioni potrebbero infatti riguardare l’alimentazione dei sensori che monitorano l’integrità strutturale e lo stato di corretta manutenzione delle infrastrutture civili, come per esempio edifici e ponti. Harne prevede che questi minuscoli alberi potrebbero fornire voltaggio a sensori posizionati sotto i ponti oppure sulle travi di alti edifici, che si trovano in profondità. I sensori monitorano la solidità di una struttura attraverso la rilevazione delle vibrazioni che passano attraverso di essa: l’obiettivo iniziale del progetto è quello di trasformare quelle vibrazioni in energia elettrica, in modo che i sistemi di monitoraggio possano essere alimentati dalle stesse vibrazioni che stanno monitorando.
Gli impianti eolici attuali sono di dimensioni notevoli e hanno alcuni lati negativi. Per esempio, il ghiaccio può costituire un serio problema durante lunghi e freddi inverni e il rumore, se si risiede accanto ad essi, può diventare estremamente fastidioso. In questo senso, l’uso di alberi artificiali in scala ridotta potrebbe risultare davvero vantaggioso.
Certo, questa idea potrebbe evocare l’immagine, un po’ inquietante, di campi pieni di alberi meccanici che ondeggiano nella brezza del vento, ma questa tecnologia potrebbe rivelarsi preziosa quando applicata, per esempio, su piccola scala, in situazioni in cui altre fonti di energia rinnovabili come l’energia solare non sono un’opzione percorribile.

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