Generazione termoradiativa di energia: come sfruttare la radiazione infrarossa

Celle termoradiative: come viene generata l'energia di notte tramite radiazione infrarossa

Le celle termoradiative rappresentano un'innovazione tecnologica che consente di generare energia elettrica durante le ore notturne sfruttando il principio della radiazione termica. Questi dispositivi semiconduttivi, definiti diodi termoradiativi, operano convertendo il calore emesso dalla Terra verso lo spazio in corrente elettrica.

Il meccanismo si basa sulla termodinamica, dove un corpo caldo irradia fotoni verso un corpo più freddo, producendo un gradiente di temperatura sfruttato per generare energia. Durante la notte, il suolo terrestre funge da fonte di calore, mentre il cielo notturno rappresenta il dissipatore.

Analogamente alle celle solari fotovoltaiche che assorbono luce solare per generare energia, le celle termoradiative emettono luce infrarossa, convertendola in elettricità con un processo inverso ma equivalente dal punto di vista fisico.

Sebbene l'efficienza attuale sia limitata a circa 50 milliwatt per metro quadrato, corrispondente al 10% delle prestazioni dei pannelli solari tradizionali, i ricercatori prevedono significativi miglioramenti nella tecnologia e nei materiali impiegati, con potenzialità applicative nel bilanciamento della rete elettrica e nella riduzione dell'uso delle batterie.

La correlazione tra l'energia prodotta tramite radiazione infrarossa e la legge di Stefan-Boltzmann

La legge di Stefan-Boltzmann è un principio fondamentale per comprendere la produzione di energia dalla radiazione infrarossa. Questa legge stabilisce che l'emissione di potenza di un corpo nero è proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura assoluta.

Nel contesto delle celle termoradiative, il corpo caldo – come la superficie terrestre – emette radiazione infrarossa verso il corpo freddo, rappresentato dal cielo notturno. La potenza radiativa netta, calcolabile come differenza tra le emissioni dei due corpi, è determinante per generare corrente elettrica.

Inoltre, l'efficienza del sistema dipende dall'emissività del materiale, una proprietà che definisce la capacità di una superficie di emettere radiazione rispetto a un corpo nero ideale. Materiali con alta emissività, come la ceramica smaltata (0.92) o l'acqua (0.96), sono particolarmente adatti per massimizzare il trasferimento di calore radiativo.

L'applicazione della legge di Stefan-Boltzmann consente di ottimizzare i dispositivi termoradiativi, permettendo di calcolare il flusso energetico netto e quindi progettare celle capaci di convertire la radiazione infrarossa in energia elettrica con maggiore efficienza.

Quali sono i vantaggi dell'energia generata tramite celle termoradiative?

Le celle termoradiative offrono vantaggi significativi, rendendole una tecnologia promettente per il futuro energetico. Grazie alla capacità di produrre energia anche durante le ore notturne, queste celle possono aumentare l'efficienza dei sistemi fotovoltaici tradizionali, integrando la loro produzione con una fonte continua di elettricità.

In contesti remoti e rurali, dove la rete elettrica è assente o inefficiente, le celle termoradiative potrebbero rappresentare una soluzione fondamentale per garantire l'accesso all'energia, supportando in modo sostenibile la domanda locale.

Questa tecnologia, inoltre, riduce la dipendenza dalle batterie, utilizzate per immagazzinare energia, eliminando così il problema dello smaltimento e delle emissioni inquinanti correlate.

Applicazioni future includono l'uso nei veicoli spaziali, dove i satelliti in orbita terrestre bassa potrebbero sfruttare la riadiazione notturna per alimentarsi durante i periodi di eclissi.

In ambito domestico, le celle termoradiative permetterebbero alle abitazioni di generare energia anche dopo il tramonto, contribuendo a un sistema energetico più sostenibile e indipendente dalle fonti fossili.

Infine, questa tecnologia non emette gas serra, rendendola un'energia rinnovabile compatibile con le politiche globali per la decarbonizzazione e la transizione ecologica.

Puoi trovare ulteriori informazioni sulle energie rinnovabili nelle sezioni sottostanti: