Agri Solar Demo Farm, azienda agricola elettrica ed autosufficiente (2024)

L’agrivoltaico permette alle aziende agricole di diventare autonome dal punto di vista energetico. La collaborazione di Confa*gricoltura con quattro aziende hanno un grande obiettivo: promuovere lo sviluppo di un modello di economia circolare in agricoltura con zero emissioni

Il progetto pilota Agri Solar Demo Farm

L’agrivoltaico rappresenta uno dei punti di forza su cui le aziende agricole devono puntare per rendersi indipendenti dal punto di vista energetico. Molte esperienze di agrivoltaico sono già state avviate con successo, quindi è una strada giusta per raggiungere anche una maggiore sostenibilità ambientale in agricoltura.

A Ecomondo, a Rimini, lo stand di Confa*gricoltura ha ospitato la presentazione di una interessante collaborazione. I protagonisti di questo progetto sono Hubfarm, la piattaforma di innovazione sostenibile voluta da Confa*gricoltura; CNHI, azienda produttrice di trattori elettrici all’avanguardia; Rem Tec, pioniere nell’installazione di impianti agrivoltaici; xFarm, una delle principali piattaforme digitali in ambito agricolo.

Dalla collaborazione delle quattro aziende – che già ricoprono un ruolo di primo piano nell’agrivoltaico – nascerà il progetto pilota Agri Solar Demo Farm. Si tratta di dare avvio a un’azienda agricola indipendente dal punto di vista energetico grazie all’impiego del fotovoltaico avanzato per la produzione di energia elettrica per autoconsumo.

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Economia circolare a emissioni zero in agricoltura

L’obiettivo finale di Agri Solar Demo Farm è promuovere lo sviluppo di un modello di economia circolare in agricoltura con un’impronta di carbonio con emissioni nette pari a zero e raggiungere un modello di agricoltura organica e rigenerativa del suolo agricolo.

Il progetto si sviluppa in un sito agricolo di 14 ettari nel Comune di Borgo Virgilio (Mantova); quasi l’intera estensione è coltivata con colture erbacee in rotazione. Come ha spiegato Valter Valle, agronomo promotore e coordinatore del progetto, “in Agri Solar Demo Farm i quattro partner definiranno la sostenibilità tecnica e finanziaria dell’ecosistema agrivoltaico avanzato e sostenibile. Successivamente, stabiliranno i piani operativi di rese agricole ed energetiche che nei prossimi tre anni verranno implementate a seconda della disponibilità di tecnologia innovativa di elettrificazione, automazione e digitalizzazione“.

Installando i pannelli solari, l’azienda agricola produce direttamente l’energia elettrica di cui ha bisogno; questa va poi ad alimentare il trattore New Holland T4 Electric Power, che funziona esclusivamente a energia elettrica.

Le funzioni autonome del trattore riducono il costo totale di esercizio (TCO), assistono l’operatore nella guida, migliorano le prestazioni e la qualità complessiva delle operazioni: tecnologie che forniscono soluzioni all’avanguardia per aiutare gli operatori a utilizzarli, a prescindere dal loro livello di esperienza.

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Una strategia che parte da lontano

New Holland porta avanti da quasi vent’anni la strategia Clean Energy Leader che punta a un’agricoltura attenta all’impatto ambientale, in particolare per quanto riguarda le propulsioni alternative. Questo modello di economia circolare in agricoltura a emissioni zero è certificato dalla piattaforma Hubfarm. Hubfarm è la società di Confa*gricoltura che accompagna le imprese agricole nella transizione green; xFarm è il suo partner tecnologico per il monitoraggio delle coltivazioni e per il calcolo dell’impronta carbonica e idrica.

REM Tec opera nel fotovoltaico e ha maturato una lunga esperienza nella coltivazione sotto gli impianti. Ha sviluppato e brevettato Tracker 2.1, pannelli fotovoltaici innovativi che combinano energia e agricoltura. Il pannello Tracker 2.1 è installato a più di 4.5m di altezza, crea un’ombra dinamica e controllata sul terreno e consente il passaggio di macchinari agricoli per la coltura sotto l’impianto: in questo modo si evita la perdita di superficie agricola a favore della produzione energetica. Agrovoltaico® è invece un sistema a inseguimento solare che permette di trasformare il massimo dell’energia solare in energia elettrica giornaliera (circa il 35% in più rispetto a un sistema fisso).

Batterie al sodio allo stato solido, verso la produzione di massa

Grazie ad un nuovo processo sinteticoè stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforatinon sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“. I risultati sono stati pubblicati suEnergy Storage MaterialsandInorganic Chemistry.

Fotovoltaico, ecco il materiale quantistico con un’efficienza del 190%

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli.

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L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda.

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come? “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile.

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.