Materiali termoelettrici, in grado di trasformare il calore in elettricità, sono molto promettenti per convertire il calore residuo in energia elettrica, in quanto convertono in modo efficiente energia termica difficilmente utilizzabile o quasi persa.

I ricercatori dell'Istituto di Scienza dei Materiali di Barcellona (ICMAB-CSIC) hanno creato un nuovo concetto di materiale termoelettrico, pubblicato sulla rivista Scienze energetiche e ambientali . È un dispositivo composto da cellulosa, prodotta in situ in laboratorio da batteri, con piccole quantità di nanomateriale conduttivo, nanotubi di carbonio, utilizzando una strategia sostenibile e rispettosa dell'ambiente.

"Invece di creare un materiale per l'energia, lo coltiviamo" spiega Mariano Campoy-Quiles, un ricercatore di questo studio. "Batteri, disperso in un mezzo di coltura acquoso contenente zucchero e nanotubi di carbonio, produrre le fibre di nanocellulosa che finiscono per formare il dispositivo, in cui sono incorporati i nanotubi di carbonio" continua Campoy-Quiles.

"Otteniamo un resistente meccanicamente, materiale flessibile e deformabile, grazie alle fibre di cellulosa, e con un'elevata conducibilità elettrica, grazie ai nanotubi di carbonio, " spiega Anna Laromaine, ricercatore di questo studio. "L'intenzione è quella di avvicinarsi al concetto di economia circolare, utilizzando materiali sostenibili e non tossici per l'ambiente, che vengono utilizzati in piccole quantità, e che possono essere riciclati e riutilizzati, " spiega Anna Roig, ricercatore di questo studio, "Il dispositivo è realizzato con materiali sostenibili e riciclabili, e ad alto valore aggiunto, "aggiunge.

Roig dice, "Questo materiale ha una maggiore stabilità termica rispetto ad altri materiali termoelettrici a base di polimeri sintetici, che gli permette di raggiungere temperature di 250 °C. Inoltre, il dispositivo non utilizza elementi tossici, e la cellulosa può essere facilmente riciclata, poiché può essere degradato da un processo enzimatico convertendolo in glucosio, mentre si recuperano i nanotubi di carbonio, che sono l'elemento più costoso del dispositivo." Inoltre, lo spessore, il colore e la trasparenza del materiale possono essere controllati.

Campoy-Quiles spiega che i nanotubi di carbonio sono stati scelti per le loro dimensioni:"Grazie al loro diametro su scala nanometrica e ai loro pochi micron di lunghezza, i nanotubi di carbonio consentono, con quantitativi molto bassi anche dell'1 per cento, ottenere la percolazione elettrica, cioè un percorso continuo dove le cariche elettriche possono viaggiare attraverso il materiale, permettendo alla cellulosa di essere conduttiva. Inoltre, l'uso di una quantità così ridotta di nanotubi (fino a un massimo del 10%), pur mantenendo l'efficienza complessiva di un materiale contenente il 100%, rende il processo molto economico ed efficiente dal punto di vista energetico."

Roig dice, "D'altra parte, le dimensioni dei nanotubi di carbonio sono simili a quelle delle nanofibre di cellulosa, che si traduce in una dispersione omogenea. Inoltre, l'inclusione di questi nanomateriali ha un impatto positivo sulle proprietà meccaniche della cellulosa, rendendolo ancora più deformabile, estensibile e resistente."

Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati per generare elettricità dal calore residuo per alimentare i sensori nelle applicazioni IoT e in agricoltura. "Nel futuro prossimo, potrebbero essere usati come dispositivi indossabili, in applicazioni mediche o sportive, Per esempio. E se l'efficienza fosse ulteriormente ottimizzata, questo materiale potrebbe portare a isolanti termici intelligenti o a sistemi ibridi di generazione di energia fotovoltaica-termoelettrica, " spiega Campoy-Quiles.

Roig dice, "Grazie all'elevata flessibilità della cellulosa e alla scalabilità del processo, questi dispositivi potrebbero essere utilizzati in applicazioni in cui la fonte di calore residuo ha forme insolite o aree estese, in quanto potrebbero essere completamente ricoperti con questo materiale."

Poiché la cellulosa batterica è facilmente prodotta, la tecnologia potrebbe essere il primo passo verso un nuovo paradigma energetico in cui gli utenti potranno realizzare i propri generatori elettrici.