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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Potrebbe rivelarsi molto utile nelle coltivazioni nei paesi in via di sviluppo

Dalle piante alle persone, a ogni creatura vivente su questo pianeta serve l’acqua.  Ma ottenerne abbastanza per sopravvivere o addirittura vivere comodamente può essere alquanto difficile. Basta gettare lo sguardo alle restrizioni attuate dalla California sull’utilizzo dell’acqua. Se uno stato ricco come la California si trova nelle condizioni di dover attuare queste misure per risparmiare acqua, puoi scommetere che governi e municipalità con finanze ben più modeste dovranno diventare ben più creative per procurarsi l’acqua pulita senza andare in bancarotta.

Fortunatamente, alcune delle più brillanti menti del mondo sono al lavoro su una soluzione. USAID ha recentemente annunciato i vincitori del Premio Desal, facente parte di una competizione creata appositamente per incentivare all’inventare una soluzione di desalinizzazione economica per paesi in via di sviluppo. L’idea era quella di creare un sistema che potesse rimuovere il sale dall’acqua e soddisfare tre requisiti: la costo-efficienza, la sostenibilità ambientale e l’efficienza energetica.

I vincitori del premio da 140.000 $ è stato un gruppo del MIT e di Jain Irrigation Systems. Il gruppo ha presentato un metodo che utilizza pannelli solari per caricare una pila di batterie. Le batterie danno energia ad un sistema che rimuove il sale dall’acqua grazie all’elettrodialisi. A livello pratico, questo significa che il sale disciolto in particelle, in possesso di una leggera carica elettrica, emerge dall’acqua quando una piccola corrente elettrica viene applicata. In aggiunta all’eliminazione del sale (che rende l’acqua inutilizzabile per campi coltivati e per bere) la squadra ha inoltre applicato una luce UV per disinfettarel’acqua che passa attraverso il sistema.

Utilizzare il sole al posto di combustibili fossili per alimentare l’impianto di desalinizzazione non è un’idea totalmente nuova. Grandi impianti di desalinizzazione stanno venendo presi in considerazione in aree dove l’acqua stà diventando una risorsa sempre più scarsa come ad esempio il Chile e la California. Mentre i sostenitori sperano eventualmente di fornire l’acqua ad un gran numero di persone, la tecnologia è ancora costosa (anche se i prezzi stanno scendendo notevolmente) e richiede molta tecnologia alquanto avanzata.

In aree rurali o in paesi in via di sviluppo, la durabilità è la chiave, e tecnologie che richiedono costante manutenzione non durerebbero a lungo. Il gruppo del MIT/Jain e i loro concorrenti hanno testato i loro progetti al Brackish Groundwater National Desalination Research Facility in New Mexico, dove li hanno dovuti tenere accesi per 24 ore l’uno, rimuovendo il sale da 2.100 galloni d’acqua al giorno. Lo step successivo è il test in un ambiente più duro, esponendo gli impianti all’utilizzo di ogni giorno con contadini rurali in una zona dove l’USAID è attiva. Se tutto andrà bene, il sistema potrà provvedere abbastanza acqua per irrigare una piccola fattoria.

Fonte: popsci.com

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Un team internazionale di scienziati ha inventato un dispositivo economico in grado di immagazzinare energia solare a livelli di efficienza mai visti prima in questo campo

hydrogen

 

 

Uno dei più grandi problemi dell’energia solare in quanto a rimpiazzo come solida e conveniente alternativa dei combustibili fossili consiste nel cosa fare quando il sole non splende nel cielo. Un team internazionale di scienziati sembra aver trovato una promettente soluzione a questo problema.

Guidati da Michael Graetzel, direttore del Laboratorio di Fotonica e Interfacce al Politecnico Ecole in Svizzera, questa squadra ha creato un dispositivo in grado di catturare energia dal sole e convertirla in idrogeno da essere stoccato per utilizzarlo come carburante o dato in pasto ad una cella combustibile per ricavarne ellettricità immediata.

Chiamato “water-splitter” questo dispositivo viene etichettato come l’ultima grande scoperta nel campo della tecnologia fotovoltaica da Kevin Bullis del MIT’s Technology Review perchè soddisfa tre dei quattro requisiti necessari alla creazione di un congegno pratico. Prima di tutto, è altamente efficiente. E’ infatti costruito con un nuovo tipo di materiale chiamato perovskite, materiale scoperto nel 2009 e capace di assorbire la luce in maniera molto più efficace del silicio: il materiale comunemente usato oggi al suo posto all’interno delle celle fotovoltaiche. Secondo Bullis, può immagazzinare fino al 12,3% dell’energia solare in forma di idrogeno, un dato impressionante dato che i più efficienti convertitori solare-idrogeno si aggirano intorno al 10% di efficienza.

Secondariamente, è economico da produrre in quanto composto solamente da materiali economici. Terzo, questi materiali sono estraibili in quantità, perciò il dispositivo è anche facile da produrre. Sopra alla perovskite, il dispositivo utilizza l’economico nickel e ferro come catalizzatori nei suoi due elettrodi “water-splitter”, uno producente idrogeno mentre l’altro ossigeno quando a contatto con l’acqua.

“Il catalizzatore progettato in lavori precedenti dimostra come l’idrossido di nickel sia un catalizzatore promettente, e aggiungendo il ferro possiamo riuscire a migliorarlo. I ricercatori hanno aggiunto il ferro all’idrossido di nickel formando una struttura a strati, posizionando il catalizzatore sopra una schiuma “porosa”di nickel per icnrementare l’area ove avvengono le reazioni , velocizzandole” ha affermato Bullis.

Il quarto criterio necessario ad un dispositivo per risultare efficace è l’affidabilità, punto su cui sta correntemente lavorando il team. Per ora, il processo mantiene il suo alto livello d’efficienza solo per poche ore prima di cominciare a perderla gradualmente, questo perchè la perovskite si degrada molto più velocemente rispetto al silicio. Ma il team, che include ricercatori da Svizzera, Singapore e Korea, è riuscito fino ad ora ad estendere la sua durata a più di un mese aggiungendo uno strato di carbonio. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science. Sono ora al lavoro per incrementare ulteriormente questa caratteristica.

Potete vedere il dispositivo in azione qui sotto:

Fonte: technologyreview.com

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Il social network vuole portare internet alle persone usando enormi droni che voleranno senza sosta per anni, prime prove attese per il 2015.

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Qualche mese fà abbiamo riportato che Facebook pianifica di fornire l’accesso internet wifi a due terzi della popolazione mondiale che al momento non dispone di connettività alla rete.

Come se ciò non fosse abbastanza impressionante, hanno annunciato anche il modo in cui raggiungeranno il loro obiettivo: usando enormi droni della grandezza di Boing 747 completamente autonomi; grazie all’energia solare catturata dai loro pannelli potranno volare per anni senza sosta.

Yael Maguire, direttore ingegneristico al Facebook Connectivity Lab ha detto al “Mashable’s Social Good Summit” questa settimana che i droni avranno la grandezza di aerei di linea, e che:

Per poter far volare questi velivoli per mesi e addirittura anni senza sosta, dovremo farli volare al di sopra delle perturbazioni e di tutto il traffico aereo.

Il modello sarà ovviamente molto più leggero di un Boing 747, anche se uno dei design è stato detto lungo quanto sei o sette Toyota Prius, esso pesa solamente quanto quattro dei loro pneumatici messi assieme.

Carl Franzen di “The Vergeriporta che Facebook spera di testare uno di questi droni negli Stati Uniti nel corso del 2015, e sono correntemente al lavoro per fare altri test in India e altri 21 paesi tra America Latina, Africa e Asia.

Comunque, non c’è ancora una stima esatta per quanto riguarda il lancio dei primi droni veramente operativi. “Non è chiaro oltretutto come Facebook sarà in grado di gestire tutte le varie restrizioni al volo aereo applicate nei vari paesi” scrive Franzen.

Nel mentre, il team di Google stà lavorando ad un progetto simile, pianificando di usare sia palloni che droni, progetto chiamato Project Loon.

Sembra che la corsa alla connessione dell’ancora non connesso sia un tema caldo di questi tempi. Sei dalla parte del team di Google o di Facebook?.

Fonte: sciencealert.com.au

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

La diseguaglianza nella distribuzione dell’energia a livello mondiale diminuisce, ma a quale prezzo?

Entropy of Nations

L’Entropia delle Nazioni in un grafico

L’economista del 18° secolo Adam Smith utilizzò una buona metafora per descrivere il modo in cui la società utilizza le risorse. Nel suo libro “La Ricchezza delle Nazioni” egli mette in evidenza che anche se gli individui  si sforzano tramite l’ingegno personale al fine di avere dei vantaggi nella vita, essi inavvertitamente contribuiscono – come se fossero sotto l’influenza di una “mano nascosta” – ad una domanda aggregata di ricchezza. Bene, se Smith fosse un fisico e vivesse nel 21° secolo sarebbe probabilmente tentato di comparare persone e nazioni a delle molecole, nonchè a rimpiazzare la definizione “mano nascosta” con un più moderno “processo termodinamico”.

Curva esponenziale di Boltzmann-Gibbs

La curva esponenziale di Boltzmann-Gibbs illustrante la distribuzione dell’energia molecolare in un gas assomiglia molto al consumo pro-capite di energia delle nazioni del mondo.

Il Comportamento Esponenziale

Victor Yakovenko, uno scienziato del Joint Quantum Institute studia i paralleli esistenti tra nazioni e molecole. La distribuzione di energia tra le molecole di un gas e la distribuzione pro capite del consumo d’energia seguono entrambi una crescita esponenziale. Ovvero, la probabilità di avere un certo valore di energia è proporzionale a e^(-E/kT) dove “T” è la temperatura e “k” è il fattore di proporzionalità chiamata “Costante di Boltzmann“. (La “temperatura” qui è considerata come la media nazionale di consumo energetico pro-capite nel mondo.)

Gli studi sul consumo energetico mondiale spesso mostrano intervalli di consumo energetici o di popolazione in un determinato periodo di tempo. Yakovenko e i suoi colleghi preferiscono illustrare tramite una costante di crescita esponenziale l’utilizzo energetico nazionale rapportando appunto la popolazione al consumo pro-capite.

I ricercatori del JQI hanno basato il loro lavoro sui dati provenienti dall’EIA (U.S. Energy Information Administration). Hanno coperto così un periodo che và dal 1980 al 2010 includendo dati di più di 200 nazioni differenti. I loro risultati sono stati pubblicati sul giornale “Entropy”. Non è il primo studio del genere, in quanto Yakovenko ne ha già effettuato uno riguardante la distribuzione delle entrate pro-capite a livello nazionale in passato.

1980 (blu) 1990 (marrone) 2000 (verde) 2010 (rosso) e idealizzato esponenziale (nero)

1980 (blu) 1990 (marrone) 2000 (verde) 2010 (rosso) e idealizzato esponenziale (nero)

In realtà, i dati sul consumo possono essere rappresentati in un altro modo che illustra la natura distributiva dell’energia utilizzata.  In una “distribuzione di Lorentz” gli assi verticale e orizzontale sono entrambi adimensionali. La figura a fianco rappresenta questi dati riguardanti gli anni 1980/1990/2000/2010 assieme all’andamento esponenziale idealizzato in nero in una quinta curva.

Massima Entropia

Quest’ultima quinta curva corrisponde ad uno stato di massima entropia nella distribuzione dell’energia. Entropia non significa meramente disordine, piuttosto è una misura del numero di differenti possibili stati in cui il sistema può trovarsi e esistere. Se, per esempio, 100 Euro dovessero essere divisi tra dieci persone, la totale uguaglianza comporterebbe 10 Euro ciascuno. Nella figura a fianco, questo stato è rappresentato dalla retta continua in diagonale. La massima diseguaglianza si avrebbe dando tutti i 100 Euro ad una singola persona. La sua rappresentazione nel grafico sarebbe una linea che prosegue sul fondo dell’asse orizzontale per poi risalire verticalmente per quello verticale.

Statisticamente entrambi questi scenari sono piuttosto improbabili perchè corrispondono a situazioni uniche.  La maggior parte delle possibili divisioni assomigliano piuttosto a questo esempio: una persona riceve 27 Euro, la seconda 15 Euro e così via a diminuire fino alla persona numero dieci che riceve solamente 3 Euro.  La quinta curva nera nella rappresentazione grafica illustra questo caso medio dove, in competizione causa scarsità di risorse energetiche, non prevale ne la totale inequità ne la totale egualità.

Ovviamente, le etichette lungo le curve ci aiutano a ricordare come alcune nazioni ottengano molto meno della media e altre al contrario molto di più. La pendenza della curva corrisponde al consumo energetico pro-capite. Notiamo così che le posizioni in alto a destra sono occupate dalle nazioni ad alto consumo: USA, Russia, Francia, UK. In basso a sinistra invece, l’esatto opposto che include anche India e Brasile. La risalita della curva da parte della Cina è il cambiamento più drammatico degli ultimi 40 anni.

Ineguaglianza

La disuguaglianza tra abbienti e non abbienti è spesso caratterizzata da un fattore chiamato il coefficiente di Gini G (introdotto dallo statistico italiano Corrado Gini) definito come l’area compresa tra la curva di Lorentz e la diagonale continua divisa per la metà dell’area presente al di sotto della diagonale. G viene quindi compreso tra 0 e 1, dove 0 corrisponde alla perfetta eguaglianza e 1 alla totale ineguaglianza. La curva corrispondente alla condizione di massima entropia, ha un valore G di 0,5.

Gli scienziati del JQI hanno calcolato G nel tempo e ne hanno ricavato il grafico qui in alto a destra. Esso mostra come G sia sceso nel corso degli anni. In altre parole, l’ineguaglianza per quanto riguarda il consumo energetico tra le nazioni stà continuando a calare. Molti economisti attribuiscono questo recente sviluppo alla crescente globalizzazione del commercio. E come a sottolineare la natura termodinamica caratterizzante il flusso delle materie prime,  un recente studio di Branko Milanovic della Banca Mondiale mostra una curva di Gini molto simile a questa. Egli ha tracciato il declino di diseguaglianza del reddito globale utilizzando un parametro chiamato parametro chiamato parità di potere d’acquisto (PPA) fra nazioni (4).

Può continuare?

L’ultima figura suggerisce che la tendenza verso una minore diseguaglianza dei consumi comincerà a stallare avvicinandosi al suo comportamento pienamente esponenziale. Questo avviene a causa dell’applicaizone delle inesorabili leggi della termodinamica al consumo energetico nazionale?. Come con le molecole di gas, dove alcune molecole sono “ricche” (possiedono maggiore energia) e altre “povere” alcune nazioni sono destinate ad essere povere?.

Forse no. Il professor Yakovenko crede che un modo ovvio per alterare le circostanze della distribuzione di energia espressa nelle figure ivi sopra è l’ulteriore sviluppo delle fonti di energia rinnovabile.

Questi grafici si applicano ad un mondo globalizzato, ben miscelato, dove un insieme di combustibili fossili esauribili è ridistribuibile su scala globale. Se il mondo passasse all’energia rinnovabile prodotta e consumata localmente e la finisse di mischiare il mazzo di carte dei combustibili fossili allora non si applicherebbero più le leggi della probabilità, e la disuguaglianza potrebbe essere ulteriormente abbassata.  Dopo tutto, il sole splende più o meno alla stessa maniera su tutti.

Yakovenko aggiunge che per una crescita esponenziale sarà necessaria ciò che lui chiama “la regola dei terzi” . Questo vuol dire che 1/3 della popolazione mondiale consumerà 2/3 dell’energia totale prodotta mentre i restanti 2/3 della popolazione consumeranno il rimanente terzo dell’energia rimasta.

Fonte: jqi.umd.edu(1) (2); mdpi.com;

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Un artista olandese sta lavorando alla creazione di una foglia artificiale nel deserto del Sahara che possa permettere la creazione di uno strato di ghiaccio sulla sua superficie inferiore.

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