Cyborg-lumache

Le lumache saranno il motore del futuro! Questa sembra essere la sfida lanciata dal laboratorio di Evgeny Katz, professore del Dipartimento di Chimica Biomolecolare e Scienza, della Clarkson University di Potsdam, New York (che sta sviluppando il progetto in collaborazione con il Dipartimento di Nanotecnologie dell’Università Ben-Gurion di Bersabea, in Israele). L’idea di fondo: trasformare il glucosio prodotto dalle lumache in energia ecologica! Come? Convertendo queste simpatiche polentone in cyborg-lumache. Sul guscio dei molluschi, infatti, vengono praticati due fori e impiantate minuscole celle a biocombustibile, costituite da due elettrodi ricavati da due sottili fogli di nanotubi di carbonio, chiamati Buckypaper. Questo materiale altamente conduttivo viene, quindi, ricoperto di enzimi, che favoriscono le reazioni chimiche nel corpo dell’animale. Come spiega il Professor Katz: “Usando un enzima diverso per ciascun elettrodo, uno che estragga elettroni dal glucosio e l’altro che sfrutti questi elettroni per trasformare le molecole di ossigeno in acqua, creiamo corrente elettrica”. Operazione che può essere ripetuta più e più volte, a condizione che le lumache vengano nutrite e fatte riposare dopo ogni processo e che, assicura Katz, non è doloroso per gli animali “elettrificati”.

Queste lumachine verranno trasformate in vere e proprie bio-batterie, dove la definizione tecnica “pila” è proprio: dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica!

Recuperare le forze

L’unico potenziale ostacolo? Il fatto che il tasso di produzione di energia delle celle dipenda necessariamente dalle dimensioni degli elettrodi e, di conseguenza, dalla velocità con cui glucosio e ossigeno possono essere estratti dall’emolinfa delle lumache. Un altro problema riguarda la continuità dell’alimentazione energetica a livelli soddisfacenti, dal momento che queste piccole bio-batterie tendono a “esaurirsi” rapidamente se la produzione energetica è intensiva e, quindi, hanno poi bisogno (e il sacrosanto diritto!) di un discreto margine di tempo per recuperare le forze.

Bioelettrodi per alimentare dispositivi microelettronici per uso militare

L’impiego di queste piccole bio-batterie? Il New York Times parla di “lumache da guerra” non a caso, dal momento che il progetto sembra aver attirato

l’attenzione del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti, tra i finanziatori del progetto, che vedono in questa peculiare “fonte di energia”, una soluzione al problema dell’alimentazione energetica durante le missioni di lungo periodo. Le micro-batterie potrebbero, infatti, andare ad alimentare spie, microfoni, videocamere, sensori di telerilevamento e altri componenti elettronici di piccola grandezza, ed è lo stesso Katz a non farne mistero, quando dice: «In futuro, i bioelettrodi saranno connessi a dispositivi microelettronici (che rilevano e trasmettono senza fili) fissi al corpo della chiocciola, che sarà rilasciata e potrà muoversi quanto e come vorrà. Ora basterà solo munirle di videocamere o di sensori di telerilevamento che ovviamente non necessitano di grandi quantità di energia ».

Ma anche in questo caso non si tratta di una novità! Esiste, infatti, un’agenzia governativa del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, chiamata Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency), incaricata dello sviluppo di nuove tecnologie per uso militare, creata agli inizi degli anni ’90 (la stessa che creò Arpanet, “l’antenato” del moderno Internet). Questa sezione del Pentagono studia da anni l’applicazione di nanotecnologie sui piccoli esseri viventi e le lumache non sono che uno dei possibili animali ospitanti: prima i vermi, poi le blatte e gli scarabei e ora persino i crostacei.

Inutile dire che la ricerca segue un ritmo sempre più incalzante e il confine tra scienza e fantascienza sta diventando sempre più labile, ma ammettetelo: a chi, leggendo l’articolo, non è venuto in mente (anche solo per un istante!) la celebre scena di Matrix dove gli uomini, imprigionati in sacche, vengono coltivati in campi immensi per nutrire le macchine?

E se un domani le lumache fossimo proprio noi?

di Sara Pavesi

Linkografia: 

• la pagina del Professor Evgeny Katz: http://people.clarkson.edu/~ekatz/
• per vedere i video della sperimentazione:
• http://www.newscientist.com/blogs/nstv/2012/06/how-to-hack-a-snail-to-create-a-living-battery.html
• http://www.g4tv.com/videos/58223/how-to-harvest-electricity-from-lobsters/
• per leggere l’articolo sopraccitato del New York Times: http://www.nytimes.com/2012/03/21/science/the-snails-of-war-and-other-robotics-experiments.html?_r=2&emc=tnt&tntemail0=y

“Si può prevedere se esiste il rischio di scarsità di energia in certe zone, quando un determinato numero di veicoli si trova in ricarica. Per esempio, se troppi veicoli elettrici vengono caricati contemporaneamente, c’è il rischio che si spenga l’illuminazione stradale?”

DATA SIM: cosa succederebbe se tutti guidassero veicoli elettrici?

La tecnologia che è alla base della progettazione di veicoli elettrici migliora continuamente e, secondo le previsioni dell’UE, questi veicoli potrebbero essere prodotti in massa entro il 2020.

Sviluppando un modo completamente nuovo di utilizzare le informazioni GPS e i dati di localizzazione GSM, il progetto europeo DATA SIM ha simulato le conseguenze di una conversione massiccia all’utilizzo di veicoli elettrici, studiandone l’impatto sulla mobilità e sulle reti di distribuzione elettrica.

La prevista diffusione su larga scala dei veicoli elettrici (VE) avrà un impatto sul modo in cui viaggiamo e su dove e quando attingiamo alla rete elettrica. Conoscere quale sarà l’effetto a catena, una volta che i VE saranno ampiamente utilizzati, è fondamentale per prepararci al loro avvento.

Il progetto del 7° PQ DATA SIM ha svolto una ricerca per determinare le conseguenze di una conversione massiccia ai VE, al fine di fornire raccomandazioni ai responsabili delle politiche sulle azioni da intraprendere.

I “megadati” offrono un quadro dettagliato dell’uso dei trasporti nell’UE Finora i ricercatori hanno usato criteri generali – come le tendenze di occupazione in una determinata regione – per mappare i flussi del traffico. Gli utenti delle strade tenevano diari, registravano i propri viaggi e rispondevano a questionari. Anche se utili, queste informazioni non erano tuttavia completamente affidabili, perché le persone tendono ad essere poco accurate e imprecise.

Il progetto ha sviluppato un approccio spazio-temporale completamente nuovo e altamente dettagliato basato sull’uso di grandi quantità di dati GMS e GPS. Questo nuovo modello comportamentale è in grado di prevedere cosa succederebbe se da domani tutti cominciassero a guidare veicoli elettrici. “Per esempio, si potrebbe osservare quante persone guidano veicoli elettrici, per quanto tempo e per quali distanze, sulla base delle tecnologie attuali, e vedere come questa situazione si evolve con il migliorare della tecnologia,” spiega il coordinatore del progetto, il professor Davy Janssens, dell’Università di Hasselt in Belgio.

Reti elettriche più intelligenti

Riuscendo a osservare cosa fanno le persone quando sono al volante e a calcolare la distanza che probabilmente percorreranno, significa anche che i ricercatori potranno determinare dove e quando ci sarà richiesta di energia e di quale portata. Come dice Janssens, “Si può prevedere se esiste il rischio di scarsità di energia in certe zone, quando un determinato numero di veicoli si trova in ricarica. Per esempio, se troppi VE vengono caricati contemporaneamente, c’è il rischio che si spenga l’illuminazione stradale?”

Le risposte a queste domande forniranno informazioni utili per i responsabili delle politiche, affinché rinforzino la rete elettrica in quei luoghi o riprogettino la posizione dei punti di ricarica.

Una delle sfide principali dell’energia rinnovabile è la sua intermittenza, con picchi e cadute della produzione.

DATA SIM ha anche studiato la possibilità di utilizzare i VE per stoccare gli eccessi di energia generata nei periodi di picco, reimmettendo l’energia conservata nelle batterie dell’automobile nella rete quando necessario (quando le auto sono parcheggiate).

Coordinamento intelligente tra persone e macchine

Condivisione di auto, car pooling, ricarica e guida – coordinare il modo in cui interagiamo con i nostri veicoli è fondamentale per rendere i trasporti più ecocompatibili.

“Per la prima volta il data mining, la gestione dei database, i sistemi complessi, i trasporti, l’energia e l’informatica si sono uniti per trovare soluzioni pratiche per la mobilità”, dice Janssens. Il progetto, che ha lavorato per tre anni e si è concluso ad agosto 2014, continuerà a sviluppare i suoi risultati per trovare nuove soluzioni per il mercato della mobilità, mediante l’uso efficiente di grandi quantità di dati.

DATA SIM sta considerando la possibilità di creare due aziende spin-off, i cui piani sono attualmente in fase di sviluppo. Il consorzio che ha supervisionato il progetto compredeva nove partner di sette paesi e ha ricevuto 2,3 milioni di euro di investimenti dall’UE.

Linkografia:

Collegamento al sito web del progetto: http://www.uhasselt.be/datasim

Collegamento a video correlato: https://www.youtube.com/watch?v=K9Xo9e921-0

La prima fonte di energia rinnovabile utilizzata dall’uomo

L’energia contenuta da una corrente d’acqua sun un qualsiasi dislivello era già ben conosciuta da Greci e Romani, che tuttavia la sfruttavano solo per azionare mulini  da usare per macinare grano o produrre olio; nel Medioevo sistemi più complessi come la ruota idraulica vennero inventati per la bonifica dei campi o per l’irrigazione. Bisognerà quindi aspettare fine Ottocento affinché compaiano le prime vere e proprie turbine idrauliche moderne; fra queste sono ancora oggi regine indiscusse le turbine di tipo Pelton, le Francis e le Kaplan, che costituiscono praticamente la maggioranza delle installazioni.

Quando poi nel 1901 dopo una lunga disputa  George Westinghouse riuscì a installare un sistema a corrente alternata sull’impianto idroelettrico delle cascate del Niagara, vincendo contro Edison e la sua amata corrente continua, fu finalmente possibile trasportare su larga scala l’energia elettrica prodotta da centrali anche lontane, sancendo di fatto l’ascesa di questa fonte energetica. Ne derivò una crescita esponenziale soprattutto nel la prima metà del 21 secolo, in cui vennero costruite dighe a ritmi sempre più incalzanti che interessarono anche i Paesi in via di sviluppo; nel frattempo però  già si faceva forte la voce delle prime contestazioni che avrebbero poi  portato questa tecnologia in secondo piano.

Tanto gentile e tanto onesta pare?

Tralasciando le immancabili critiche sullo scarsa estetica che molti vedono in opere così imponenti  (contro le quali invece altri, soprattutto gli ingegneri, sostengono addiritura l’esistenza di una Bellezza delle dighe da rintracciare nell’imponenza e nei dettagli architettonici che le rendono uniche), occupiamoci invece subito di impatto ambientale.

Un impianto idroelettrico di grandi dimensioni, pur producendo  energia completamente pulita (sono assenti infatti emissioni gassose o liquide che possano inquinare l’aria o l’acqua a contatto con la turbina) presenta maggiori problemi di inserimento ambientale, in quanto la realizzazione di una diga comporta vari cambiamenti all’ecosistema dell’area.

Innanzitutto creando un invaso a monte della diga, si trasforma un regime di acque correnti in un regime di acque ferme, con tempi di ricambi dell’acqua maggiori, il che può portare a una variazione della qualità dell’acqua e quindi una possibile modificazione della vegetazione; a ciò bisogna poi aggiungere le possibili ripercussioni sulla fauna, come ad esempio i pesci che si vedono letteralmente sbarrata la strada.  Diventa quindi sempre più evidente che sfruttare l’acqua dei corsi fluviali per produrre energia non sempre è possibile, soprattutto quando le zone interessate presentano ecosistemi che andrebbero tutelati.

A questo vanno poi aggiunti i capricci della natura: l’acqua si presenta infatti come una “fonte” di energia aleatoria e poco affidabile, la sua disponibilità in quantità tali da poter generare energia elettrica è fortemente influenzata dal clima, dalla semplice alternanza delle stagioni  nelle varie aree geografiche. A tal proposito si ricorre spesso a sistemi con bacini artficiali al posto di quelli ad acqua fluente, con notevoli vantaggi dal punto di vista della capacità installata. L’acqua inoltre diventa sempre più per l’umanità una risorsa scarsa e limitata, tanto da essersi meritata l’appellativo di Oro Blu e tanto da rivestire un’importanza sempre più rilevante nei rapporti tra gli Stati, con il rischio di dare origine a violenti conflitti.

Tra le obiezioni più dure avanzate contro gli impianti idroelettrici vi è poi lo stravolgimento delle zone abitate da destinare alla costruzione delle dighe; negli anni Novanta furono innumerevoli gli episodi di veri e propri espropri, sfratti coatti, violenze perpetrate soprattutto dai governi dei Paesi in via di sviluppo forti dell’appoggio sia economico che politico della Banca Mondiale. Tra gli episodi più sanguinari è nostro dovere ricordare quello del massacro di 480 indigeni, compresi donne e bambini, appartenenti al popolo Maya di lingua Achì nel villaggio di Rio Negro in Guatemala, tra il 1980 e il 1982. La comunità autoctona aveva infatti rifiutato di lasciare le proprie terre e si opponeva con forza alla costruzione della Diga Chixoy il cui progetto era controllato dall’impresa italiana Impregilo e largamente finanziata dalla Banca Mondiale, che anzi anche dopo la strage seguitò a incentivare l’opera [per saperne di più: Centro Documentazione Conflitti Ambientali, sezione acqua  http://www.cdca.it/spip.php?article115].

A mano a mano emersero tante altre vicende precedentemente insabbiate che costrinsero finalmente la Banca Mondiale e la World Conservation Union a fondare nell’Aprile del 1997 la World Commission on Dams (Commissione mondiale sulle dighe), con il compito di studiare a fondo l’impatto ambientale, economico e sociale derivante dalla costruzione di grandi dighe a livello mondiale. Dal rapporto della commissione emersero non solo tutti gli episodi di violenza e lesione dei diritti umani di intere popolazioni, ma anche i fraudolenti interessi di costruttori e lobby pro dighe che ponevano l’accento solo su presunti benefici economici mentre sottovalutavano o addirittura ignoravano le conseguenze sull’ambiente e i civili. Inoltre la commissione denunciò come la maggior parte delle opere realizzate fosse di scarsa qualità sia nell’edilizia che nella sicurezza, tanto da causare spesso incidenti catastrofici come il disastro del Vajont del 1963 con 1981 morti accertati o l’incidente presso la diga del bacino di Banqiao in Cina che conta oggi 171000 vittime.

Il lavoro della commissione ebbe come principale ripercussione un ripensamento generale sulle dighe, che in alcuni casi si concretizzò addirittura con lo smantellamento di alcune di esse. Oggi la costruzione di una diga è un progetto imponente che richiede importanti sforzi di valutazione di rishio e impatto socio-ambientale che possono protrarsi anche per molti anni.

Idee per il futuro

L’ondata di critiche che per la fine del secolo scorso ha letteralmente sommerso il mondo dell’energia idroelettrica derivava principalmente dall’evidente incapacità di governi e costruttori e dalla negligenza e superficialità di questi nel considerare seriamente le tematiche ambientali e umani, il che ha ingiustamente  gettato nell’ombra una tecnologia molto promettente. Per fortuna la ricerca è invece proseguita sui suoi passi e oggi mette a disposizione turbine sempre più efficienti, mentre sul fronte della progettazione un ruolo sempre più significativo è svolto dalle costruzioni più piccole, ovvero le “piccole” dighe che sfruttano modesti salti d’acqua (anche inferiori ai 5 m) e che possono quindi essere più facilmente inserite nel contesto ambientale senza sconvolgere eccessivamente gli ecosistemi.Per le ridotte dimensioni di questi impianti si parla infatti ormai di micro-idroelettrico e anzi alcuni progetti  sembrano ormai decisi a voler fare a meno delle dighe. L’idea generale è quella di porre turbine idrauliche progettate ad hoc direttamente nei letti di grandi corsi fluviali caratterizzati da una portata più o meno costante (anche se teoricamente il mini-idroelettrico potrebbe essere applicato anche a canali di scarico di industrie e acquedotti urbani). Le micro-turbine verrebbero posizionate su piloni ancorati al fondale e permetterebbero di sfruttare anche i dislivelli più modesti evitando così di provocare ulteriori danni all’ambiente. Un progetto importante è già in via di sviluppo negli Stati Uniti, dove la Federal Energy Regulatory Commission (FERC) americana ha approvato le indagini preliminari per valutare la proposta di Free Flow Power di installare centinaia turbine idroelettriche nelle acque del fiume Mississippi. Va inoltre ricordato il contributo fondamentale di SMART  [info al sito: http://www.smarthydro.eu/] un progetto della Provincia di Cremona cofinanziato dal Programma Intelligent Energy Europe della Commissione Europea e che si propone di promuovere e incentivare il micro-idroelettrico a livello locale e globale andando a sensibilizzare l’opinione pubblica e la politica sulla necessità di esplorare una tecnologia idroelettrica meno invasiva.

Insomma il futuro dell’energia idroelettrica non è da dare per spacciato, anzi le idee non mancano e si direbbe che il mondo della ricerca è in fermento per preparare un ritorno in grande stile della Signora delle rinnovabili.

di Corinne Nsangwe Businge