Martedì 26 Marzo 2019 | 11:08

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Il piccolo sole che dà elettricità

di Giorgio Nebbia
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Solare, energia rinnovabile, biocarburanti e simili termini sono ormai divenuti familiari e alimentano anzi varie attività commerciali e si riferiscono principalmente ai pannelli fotovoltaici (che producono elettricità dalla radiazione solare), ai pannelli termici (che producono acqua o aria calda), alle centrali a concentrazione che producono vapore per  caldaie o motori termici, ai combustibili ottenuti dai vegetali e al vento che è pure generato dai movimenti d’aria provocati dal disuguale riscaldamento solare. È però soltanto una piccola parte di quello che il Sole può dare; molte altre forme di utilizzazioni sono note ma ancora sommerse per mancanza di convenienza «economica» all’attuale stato della tecnica.
 Una delle promettenti prospettive consiste nel produrre elettricità dal calore mediante dispositivi che non richiedono macchinari o parti in movimento ma utilizzano un fenomeno fisico scoperto quasi due secoli fa dal fisico tedesco Thomas Seebeck (1770-1831). Egli osservò la deviazione di un ago magnetico posto vicino a due conduttori di elettricità, saldati fra loro, quando le due estremità si trovavano a differente temperatura. In un altro esperimento preparò un circuito chiuso costituito da due fili, uno di rame e uno di bismuto, saldati fra loro in due punti. Se si saldava una delle due saldature e si teneva l’altra a temperatura inferiore nel circuito circolava una corrente elettrica.
Solo dal calore senza macchinari - Il fisico francese Jean Peltier (1785-1845) scoprì che l’intensità della corrente era tanto maggiore quanto maggiore era la differenza di temperatura fra le due saldature. Con un dispositivo costituito da una serie di saldature fra due differenti metalli, tenute alternativamente a più alta e a più bassa temperatura, si poteva ottenere elettricità direttamente da qualsiasi fonte di calore. Peltier nel 1834 descrisse anche l’effetto contrario: se una corrente elettrica attraversa le saldature fra due metalli si osserva che alcune delle saldature si riscaldano e altre si raffreddano; si aveva così un effetto frigorifero, anche in questo caso senza parti in movimento.
 I due fenomeni attrassero grandissima attenzione e furono studiati anche da vari scienziati italiani. Antonio Pacinotti (1841-1912) intuì la possibilità di produrre elettricità esponendo alcune saldature al calore solare e tenendo le altre al freddo, una idea proposta anche dall’americano E. Weston nel 1888. Il successo della termoelettricità e delle sue applicazioni solari dipende dalle proprietà di semiconduttori dei diversi metalli uniti fra loro. Molte ricerche sul fenomeno e sulle sue applicazioni pratiche sono state condotte dello scienziato sovietico Abram Joffe (1880-1960) che creò una scuola di specialisti in questo campo al fine di produrre elettricità nelle zone isolate e nelle campagne col calore ottenibile da qualsiasi combustibile disponibile, addirittura dal calore dei lumi a petrolio.
 L’effetto Seebeck ha avuto moltissime applicazioni; innanzitutto per la misura della temperatura con «pinze» termoelettriche che generano una corrente elettrica proporzionale alla temperatura di un corpo. Si può produrre elettricità per esposizione di un generatore termoelettrico alla radiazione infrarossa e anche al calore generato dal decadimento di elementi radioattivi. Un generatore che utilizza il calore che continuamente si libera nel decadimento del plutonio-238, una delle «scorie» radioattive che si formano nelle centrali nucleari, fornisce l’elettricità a bordo di vari veicoli spaziali. L’effetto Peltier, il raffreddamento in seguito al passaggio di una corrente elettrica, è utilizzato per il raffreddamento di apparecchiature elettriche e elettroniche, come le parti dei computers, per piccoli frigoriferi, condizionatori d’aria eccetera.
In qualsiasi punto del mondo - La maggiore attenzione è stata rivolta alla costruzione di celle termoelettriche solari, in alternativa a quelle fotoelettriche basate sul costoso selenio. La principale difficoltà è stata finora dovuta al fatto che le coppie di metalli sperimentate forniscono elettricità per effetto Seebeck con un rendimento inferiore a quello delle celle fotovoltaiche che raggiungono il 10-15 %. Un generatore termoelettrico solare è sostanzialmente costituito da una piastra, riscaldata dall’energia solare, sulla quale sono fissate le saldature «calde»; le altre saldature sono fissate ad una seconda piastra raffreddata con l’aria esterna o con una circolazione di acqua.
 Nei primissimi esperimenti, con termocoppie rame-costantana, da una superficie di un metro quadrato era possibile ottenere una potenza di un decimo di watt, un valore basso se si pensa che con le celle fotovoltaiche solari si arriva ad ottenere una potenza, nelle ore centrali della giornata, di 100 watt per mq. Da allora sono stati fatti grandi progressi con leghe nelle quali sono presenti metalli come bismuto, antimonio, tellurio, zinco, piombo e altri, e loro combinazioni. La potenza recuperabile dal Sole è più elevata se le saldature «calde» sono portate ad alta temperatura, qualche centinaio di gradi, ma in questo caso occorrono dei sistemi di specchi per la concentrazione del calore solare e si ricade negli inconvenienti dei sistemi solari a concentrazione.
 È possibile recuperare una parte del calore dei gas di scappamento (oltre la metà del calore liberato dalla benzina bruciata in un’auto) trasformandolo in elettricità per via termoelettrica; un’altra promettente applicazione è nel recupero del calore geotermico. Davvero la vecchia scoperta di Seebeck può dare elettricità a tutti quelli che vivono accanto ad una fonte di calore e non hanno disponibili altri macchinari, una speranza per molti paesi isolati e in via di sviluppo.

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