Sfruttare Ghiaccio Salino e Pressione Meccanica: Una Nuova Via per Generare Elettricità Senza Sprechi

Una scoperta sorprendente nel campo delle energie rinnovabili rivela che una semplice combinazione di sale, ghiaccio e sollecitazione meccanica può produrre elettricità senza generare scarti. Ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il 15 settembre sulla rivista Nature Materials, descrivendo come pezzi conici di ghiaccio salino – contenenti circa il 25 percento di sale in peso – grandi appena meno di un granello di pepe nero, siano capaci di generare un potenziale elettrico di circa 1 millivolt. Se si assemblano matrici composte da 2.000 di questi coni, si possono ottenere circa 2 volt, una quantità sufficiente per accendere una piccola luce LED rossa.

Il principio fisico alla base di questa generazione di energia è noto come effetto flexoelettrico. Questo fenomeno si verifica quando un materiale solido genera una carica elettrica in risposta a una deformazione meccanica non uniforme. Sebbene il ghiaccio puro mostri una debole flexoelettricità, forse collegata a fenomeni atmosferici come i fulmini, l'introduzione del sale, un contaminante comune, trasforma il ghiaccio in un generatore di corrente elettrica molto più efficiente.

Il fisico Xin Wen e il suo team hanno portato avanti questa ricerca congelando acqua salata in forme specifiche, come coni e barre. Hanno poi utilizzato strumentazione specializzata per sottoporre queste strutture di ghiaccio salino a flessione, misurando con precisione la carica elettrica prodotta. È emerso che le configurazioni coniche resistevano a forze maggiori e producevano voltaggi più elevati. Inoltre, i coni di dimensioni ridotte mostravano una risposta elettrica indotta dalla deformazione ancora più marcata. Questo suggerisce che schierare array di piccoli coni potrebbe essere la chiave per amplificare la produzione di energia dalle strutture di ghiaccio salino.

Il meccanismo fondamentale risiede in strati nanoscopici di salamoia liquida intrappolati tra i grani di ghiaccio. Quando il ghiaccio viene piegato, si creano gradienti di pressione che spingono questa salamoia carica dalle aree compresse verso quelle tese. Poiché la salamoia contiene ioni carichi positivamente (cationi), il loro movimento genera una corrente elettrica a flusso. Questo effetto di flexoelettricità a flusso è notevolmente potenziato dalla presenza del sale, che modifica la microstruttura del ghiaccio, riducendo la dimensione dei grani, aumentando lo spessore dei canali di salamoia e alterando il comportamento delle molecole d'acqua per migliorare le proprietà dielettriche e il trasporto ionico.

Nonostante la quantità di energia elettrica generata sia al momento modesta, questa scoperta apre la strada all'utilizzo del ghiaccio salino come fonte di energia rinnovabile in ambienti freddi, potenzialmente per alimentare sensori o dispositivi a basso consumo. Tuttavia, la sfida di scalare questa tecnologia per dispositivi di uso quotidiano rimane considerevole; per esempio, ricaricare uno smartphone richiederebbe un blocco di ghiaccio salino di dimensioni che vanno da decine a centinaia di metri quadrati. La ricerca attuale è focalizzata sull'incremento dell'efficienza e sulla riduzione dell'impatto ambientale di questi sistemi di raccolta energetica basati sul ghiaccio.

In sintesi, questa nuova comprensione della flexoelettricità nel ghiaccio naturalmente salino non solo fa progredire le prospettive per soluzioni energetiche sostenibili, ma offre anche nuove intuizioni sui fenomeni geofisici. Potrebbe inoltre informare gli studi sui mondi ghiacciati del nostro sistema solare, come Europa o Encelado, dove vaste superfici sono coperte da ghiaccio salino.