Energia elettrica da calpestio: perchè l’Energy Floor non decolla in città?

Energia elettrica da calpestio: perchè l’Energy Floor non decolla in città?

Nel settore dell’edilizia siamo abituati a considerare un pavimento come un semplice elemento di finitura di un elemento edilizio orizzontale. Il pavimento può non essere più visto come un oggetto passivo, ma anche come strumento attivo in grado di generare energia pulita, semplicemente camminandoci sopra.

Come? Questo può essere possibile grazie all’utilizzo di una mattonella innovativa in grado di convertire l’energia cinetica dei passi in energia elettrica. Pertanto, non chiamiamolo solo pavimento, perché ciò che è stato ideato, potrebbe essere una valida alternativa all’adozione di stili di vita più sostenibili. Era l’ormai lontano 2012 quando si iniziava a parlare di Smart Energy Floor.

Di cosa si tratta, come funziona e che sviluppi ci son stati da allora ad oggi? Vediamolo insieme.

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SEF – Smart Energy Floor

In Italia, l’idea di un pavimento in grado di fornire una maggiore indipendenza energetica (meno impattante e rispettosa dell’ambiente), è nata alla Veranu, una start-up sarda, che realizzò un brevetto per la realizzazione di mattonelle speciali in grado di sfruttare il calpestio o ogni forma di pressione per produrre energia elettrica. L’obiettivo del progetto era creare un’alternativa innovativa al modello energetico dominante. Il pavimento intelligente presentato poteva essere isolato (stand alone) o connesso in rete (grid connected) e con i seguenti vantaggi:

  • totalmente integrato in qualsiasi tipo di pavimento tradizionale e quindi invisibile;
  • facile da installare e da gestire in caso di manutenzione grazie alla sua struttura modulare;
  • totalmente riciclabile, poiché molte delle sue componenti interne lo sarebbero state.

Purtroppo per gli elevati costi di produzione, materiali e strumenti necessari (al di là delle possibilità economiche di una piccola start-up) il brevetto inizialmente non andò in porto in quanto alla start-up che lo ideò mancavano completamente i fondi per realizzare una quantità sufficiente di mattonelle da immette sul mercato.

Tuttavia, con la necessità di fronteggiare un sempre crescente fabbisogno elettrico mondiale e una sempre minore capacità dell’ambiente di assorbire altri scarti prodotti dal settore energetico, questa opzione è stata rivalutata ed anche studiata, migliorata e applicata negli anni, da diverse società, anche internazionali. Infatti nell’ambito delle mattonelle/pavimenti intelligenti oggi operano diverse compagnie italiane e non.

Energy floor: come funziona?

Come anticipato un pavimento Energy Floor così fatto presenta una struttura modulare, in cui è proprio il modulo base, la mattonella, l’elemento innovativo.

Il principio di funzionamento può essere paragonato a quello dei pannelli solari solo che ad essere convertita in energia elettrica non sarebbe l’energia solare ma quella generata dalla pressione dovuta al calpestio, che permette alla superficie di abbassarsi di pochi millimetri per poi ritornare al proprio posto, convertendo così le vibrazioni dell’eventuale passaggio di pedoni in energia elettrica pulita.

Pensate questo modello applicato in zone ad alto traffico o a traffico continuo: i risultati che si potrebbero ottenere sarebbero particolarmente notevoli, in termini di conversione di energia e di tassi di efficienza.

La caratteristica di queste particolari mattonelle risiede nella loro natura: sono realizzate con materiale piezoelettrico (di diverso tipo per le diverse case produttrici). Come linea di principio, applicando una forza esterna ad un qualsiasi corpo piezoelettrico, si ottiene una tensione meccanica che provoca una deformazione del corpo stesso.

Energy floor

Fig.1_Effetto piezolettrico ©Luisa Daraio

Comprimendo il corpo, la sua struttura viene deformata perdendo così la sua condizione di neutralità elettrica: per cui una faccia della “mattonella” risulta carica negativamente e la faccia opposta risulta carica positivamente. Il corpo si comporta dunque come un condensatore al quale è stata applicata una differenza di potenziale (effetto piezoelettrico diretto). Quindi se le due facce vengono collegate tramite un circuito esterno viene generata corrente elettrica, detta corrente piezoelettrica.

Si produce in poche parole un campo elettrico, il quale genera una tensione elettrica (voltaggio) proporzionale alla pressione esercitata sulla “mattonella” stessa.

“È fondamentale garantire un ottimo contatto tra i cristalli e l’elettrodo e tra i cristalli e l’alloggiamento…Solo con un ottimo contatto tra superfici è possibile ottenere un buon trasferimento di carica elettrica.” (cit. Thomas Kleckers)

L’energia elettrica così prodotta può eventualmente essere accumulata in batterie per il suo utilizzo in un secondo momento. Ogni mattonella potrebbe generare fino a 7 watt (11 Volt in corrente continua) per passo: energia sufficiente a far brillare per 30 secondi un lampione dotato di LED. In una zona pedonale abbastanza trafficata si potrebbe arrivare persino a produrre circa 2,1 wattora (stimando un passo ogni 4-10 secondi).

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Mattonelle smart: applicazioni reali e sperimentali

Tra le prime installazioni di mattonelle intelligenti potrei citare quella in occasione dei Giochi Olimpici svolti a Londra. In tale occasione infatti si è ricorso all’utilizzo di tali mattonelle come supporto green all’illuminazione pubblica ed alla segnaletica stradale luminosa di tutta la zona urbana tra lo stadio ed il centro commerciale di Westfield Stratford City.

Energy floor

Fig.2_Sustainable Dance Floor ©Luisa Daraio

Inoltre, su larga scala ed in diverse parti del mondo, sono stati realizzati veri e propri pavimenti energetici Sustainable Energy Floors e diverse piste da ballo intelligenti permanenti note come Sustainable Dance Floor.

Dal 2012 ad oggi pensate quante persone hanno camminato, ballato, corso su questi pavimenti e quanta energia sia stata generata. Si tratta di sistemi personalizzabili (luce, loghi, colori e materiali), completamente riciclabili, modulari, ma soprattutto integrabili alle pavimentazioni classiche e con un’efficienza del 50% nella conversione da energia cinetica ad energia elettrica.

Finora i progetti ultimati che integrano soluzioni di questo tipo agli impianti comuni sono più di 100 con applicazione in svariati ambiti, stazioni ferroviarie, centri commerciali, aereoporti e spazi pubblici in genere.

Tra le varie sperimentazioni, quella che potrebbe garantire notevoli risultati è quella nell’ambito industriale, settore in cui si sta cercando di adattare queste particolari mattonelle piezoelettriche affinché riescano a supportare pressioni maggiori di quelle prodotte dal calpestio, al fine di garantire  aumento di produzione di corrente in risposta ai notevoli consumi elettrici. Con una simile mattonella, nelle grosse industrie si potrebbe procedere alla loro installazione nelle zone maggiormente frequentate sia dal personale che dai mezzi pesanti operanti nella struttura. Nel frattempo si attendono aggiornamenti in merito.

Unico grande neo di questa innovazione è il costo, che almeno per ora rimane piuttosto elevato. Basti pensare che i costi medi di una mattonella di 75 cm 2 oscillerebbero  tra i 500 e 2750 euro, a seconda della quantità di interattività e dell’ordine. Nonostante siano passati tanti anni dalla nascita dell’idea, ad oggi non possiamo ancora realizzare walkable city con pavimentazioni Energy Floor dove produrre energia con piastrelle piezoelettriche, sistemate sotto l’asfalto, ma possiamo limitarci solo a piccolissime aree supportate da tale sistema, il cui contributo energetico ovviamente è veramente limitato (anche se dotato di grande potenziale).

Questa soluzione richiede investimenti, cambiamenti infrastrutturali e sappiamo che tutto ciò è un ostacolo al suo sviluppo: costi davvero troppo elevati per essere sostenuti dalle Amministrazione Pubbliche!

Ad ogni modo, siamo consapevoli che è cambiata la percezione del camminare dal semplice recarsi da un punto all’altro, ad una vera e propria azione sostenibile.

Una passeggiata nel parco potrebbe essere presto un pretesto sufficiente a garantire l’autosufficienza di ciò che ci circonda e poi magari chissà…anche un pretesto per ricaricare tutta la serie di batterie dei nostri inseparabili gadget elettronici!

Luisa Daraio è un Ingegnere Edile abilitato alla professione, Tecnico Competente in Acustica Ambientale e Coordinatore per la sicurezza CSP e CSE. Da sempre interessata al mondo delle costruzioni, ha iniziato il suo percorso lavorativo già durante l’università, collaborando, in maniera continuativa, con uno studio tecnico. Laureata alla Facoltà di Ingegneria della Federico II di Napoli, dal 2017 ha sviluppato conoscenze e competenze nel settore BIM, infrastrutture per le telecomunicazioni e progettazioni impiantistica e sostenibile. Dal 2019 è iscritta nell’ENTECA (Elenco Nazionale dei Tecnici Competenti in Acustica Ambientali).

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