Un gruppo di ricercatori dell’Università dell’Arkansas, guidato da Paul Thibado, ha sviluppato un innovativo sistema per sfruttare l’energia delle fluttuazioni termiche nel grafene. Si tratta di un’impresa particolarmente complessa, considerando che il recupero di energia da un materiale in equilibrio termico è sempre stata una sfida della fisica.
L’idea di base può sembrare relativamente semplice: se un sistema è in equilibrio termico, le particelle al suo interno si muovono continuamente e, quando si scontrano tra loro, avviene uno scambio di energia. Tuttavia, il totale rimane in equilibrio. Pertanto, sarebbe teoricamente impossibile assorbire e utilizzare una parte di quell’energia senza violare la seconda legge della termodinamica. La ricerca recentemente pubblicata sembra invece suggerire che ciò possa essere possibile.
Il protagonista di questa nuova scoperta è il grafene, uno strato di grafite composto da un solo atomo di spessore. Tuttavia, questa innovazione mette in discussione un principio affermato nientemeno che da Richard Feynman. Secondo il celebre fisico, estrarre lavoro utile dal moto browniano era ritenuto impossibile, specialmente quando i sistemi erano all’equilibrio termico. Se si “ruba” energia a un sistema in equilibrio, esso smetterà di essere in equilibrio e probabilmente si raffredderà, richiedendo poi l’apporto di ulteriore energia proveniente da altre fonti esterne per continuare a funzionare correttamente.
Tuttavia, il team di ricerca guidato da Paul Thibado ha scoperto qualcosa di eccezionale che era sfuggito agli occhi di Feynman. Gli scienziati hanno osservato che il grafene forma naturalmente delle increspature sulla sua superficie, che si comportano come piccole onde in risposta alle variazioni di temperatura circostante. Se queste onde avessero un moto oscillatorio, anche se microscopico, ci sarebbe forse un’energia extra che potrebbe essere sfruttata? Anche in questa situazione, la risposta dovrebbe essere negativa, tuttavia il team ha inventato un circuito unico appositamente per estrarre energia da queste increspature.
Il segreto sembrerebbe molto semplice: basta utilizzare due diodi per regolare la corrente. Quando il circuito interagisce con le particelle in moto browniano, temporaneamente interrompe l’equilibrio, consentendo il passaggio di corrente tra i diodi e la carica accumulata nei condensatori. Secondo le fonti, l’intero processo avviene nel rispetto delle leggi della termodinamica.
Gli autori della ricerca hanno scoperto che quando i condensatori di accumulo partono da una carica iniziale pari a zero, il circuito attinge energia dall’ambiente termico per caricarli. Hanno dimostrato anche che il sistema rispetta la prima e la seconda legge della termodinamica durante l’intero processo di carica. Inoltre, hanno scoperto che condensatori di accumulo di dimensioni maggiori generano una maggiore quantità di carica immagazzinata, mentre una capacità di grafene più ridotta permette sia un tasso iniziale di carica più elevato sia un tempo di scarica più lungo. Queste caratteristiche sono cruciali perché consentono di scollegare i condensatori di accumulo dal circuito di raccolta dell’energia prima che la carica netta si disperda.
Nonostante sembri un risultato straordinario, sarà necessario verificare e convalidare questa scoperta. Tuttavia, Paul Thibado sembra essere molto fiducioso nelle sue affermazioni, tanto da pensare già a un’applicazione pratica denominata Graphene Energy Harvester (GEH). Secondo Thibado, esistono fonti di energia ben note, ma l’energia termica non lineare di cui ha parlato rappresenta una nuova sorgente di energia che non era mai stata presa in considerazione prima d’ora. In ogni caso, questo meraviglioso risultato aprirà nuove prospettive nel campo dell’energia pulita e delle tecnologie innovative.
Trovata una nuova applicazione del grafene, può produrre energia
I ricercatori dell’Università dell’Arkansas hanno sviluppato un sistema per sfruttare l’energia dalle fluttuazioni termiche nel grafene. Questo rappresenta una sfida complessa nella fisica. L’idea di base è recuperare energia da un materiale in equilibrio termico. Secondo la seconda legge della termodinamica, rubare energia da un sistema in equilibrio non è possibile. Tuttavia, il team di ricerca ha scoperto che il grafene forma delle increspature sulla sua superficie che si comportano come onde microscopiche. Hanno progettato un circuito unico per estrarre energia da queste onde. Il circuito rompe temporaneamente l’equilibrio, permettendo il passaggio di corrente tra i diodi e la carica dei condensatori di accumulo. Il sistema soddisfa la prima e la seconda legge della termodinamica durante il processo di carica. Hanno anche scoperto che i condensatori di accumulo più grandi producono più energia e che una capacità di grafene più piccola fornisce una carica più elevata e un tempo di scarica più lungo. Questo permette di sconnettere i condensatori di accumulo dal circuito prima che la carica vada persa. Il risultato è stato definito strabiliante e richiederà ulteriori verifiche. Secondo il leader del team, questa scoperta rappresenta una nuova fonte di energia che non richiede due diverse temperature. Si sta già pensando a un’applicazione pratica chiamata Graphene Energy Harvester.
