Annalisa Bruno è una scienziata e una ricercatrice originaria di Napoli, che ha studiato e lavorato in tutto il mondo. Al momento è a capo di un team di ricerca con sede a Singapore e sta sviluppando nuove celle solari in perovskite, un materiale che potrebbe cambiare la storia della produzione energetica a livello globale.
Dottoressa Bruno, partiamo del suo percorso. Che studi ha svolto e di cosa si occupa?
Sono una scienziata e lavoro alla Energy Research Institute Nanyang Technological University, dove gestisco un gruppo di ricerca e sono anche ricercatrice in Italia per ENEA. Per quanto riguarda la mia formazione, ho studiato fisica e svolto un dottorato presso l’Università Federico II a Napoli, tra fisica e ingegneria chimica. Mi sono sempre occupata di sistemi legati all’energia. Prima ho lavorato per un periodo sui sistemi di combustione e poi sono passata agli studi sulle energie rinnovabili e alle celle solari.
Mi occupo dello sviluppo dei materiali che possono essere usati per celle solari innovative. In particolare, negli ultimi anni mi sono concentrata sullo studio di nuovi materiali ibridi, cioè organici e inorganici: le perovskiti, che hanno avuto un vero e proprio boom nel settore fotovoltaico. Sono stati identificati come materiali promettenti circa 12-13 anni fa e da quel momento, l’efficienza delle celle basate su questi materiali è aumentata esponenzialmente: nel giro di dieci anni hanno raggiunto l’efficienza paragonabile a quella delle celle in silicio. Un’evoluzione così veloce non era mai stata riscontrata con nessun altro materiale. Infatti, nel mondo c’è moltissimo interesse per questi materiali, e anche con il mio gruppo di ricerca ci occupiamo di studiarne le proprietà e di renderli accessibili da un punto di vista industriale. L’obiettivo principale della nostra ricerca è quello di portarli al di fuori del laboratorio, lavorando su metodologie compatibili con il mondo dell’industria.
In che modo queste celle solari sono un’innovazione utile nel far fronte alla crisi climatica? Cioè, in che modo possono essere d’aiuto a ridurre le emissioni di CO2, rispetto alle classiche celle in silicio?
Le celle che vediamo sui balconi e sui tetti sono realizzate in silicio e sono molto efficienti. Generalmente sono garantite per 20-25 anni, sono ottime, abbiamo un buon prodotto sul mercato. Però, per produrre celle solari di questo tipo c’è bisogno di temperature molto alte, questo vuol dire che c’è una produzione di CO2, chiamata CO2footprint, che è abbastanza elevata. Significa che dobbiamo usare continuativamente queste celle solari per almeno 2-3 anni (nei casi migliori) per poter azzerare le emissioni di CO2 che sono state necessarie per la loro produzione. Invece, per quanto riguarda queste celle di perovskiti, il vantaggio energetico avviene molto prima. I tempi in cui andiamo in un bilancio positivo di CO2 sono molto più brevi, questo perché vengono prodotte con temperature molto più basse, quasi a temperatura ambiente. Inoltre, essendo molto leggere e sottili, anche tutto il processo di installazione richiede un minore consumo di energia risultando in un processo globale più sostenibile.
Ovviamente le celle di silicio sono commerciali e questi valori sono conosciuti molto bene. Invece, per queste nuove celle, essendo ancora al livello della ricerca, possiamo parlare solo di stime della loro emissione di CO2footprint, ma su alcuni aspetti è decisamente chiaro che l’impronta ecologica è molto più bassa.
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Le nuove celle solari in questione presentano altri vantaggi?
Sì, il silicio funziona molto bene sui tetti dei palazzi, ma ad esempio su altre superfici come le automobili, borse e finestre, le celle non sono utilizzabili perché sono pesanti e non sono flessibili o trasparenti. Invece, le celle in perovskite aprono nuove possibilità perché possono essere adattate a moltissime altre superfici essendo sottile e adattabili a substrati flessibili. Forse questo è il suo principale vantaggio. Inoltre, funzionano bene anche con l’illuminazione indoor, un totale riutilizzo dell’energia non è una cosa da poco. Per quanto riguarda le dimensioni, queste nuove celle sono sempre state sviluppate in dimensioni molto piccole durante la ricerca in laboratorio. Mentre per le varie applicazioni è necessarie che siano di grandi dimensioni. Negli ultimi anni è iniziata la fase di ingegnerizzazione per renderle più grandi. Al momento c’è molta ricerca in merito. Due anni fa il mio team ha dimostrato, per la prima volta, che è possibile produrre le celle in perovskite in grande formato usando tecniche che già sono in uso dall’industria. Ci tengo molto a chiarire che non ho inventato io le celle in perovskite. Noi lavoriamo al loro sviluppo: sul portarle vicine alla realizzazione sia a livello di processo sia di dimensioni. Questi materiali possono essere usati anche per altre varie applicazioni di tipo optoelettronico come LEDs: si tratta di un materiale davvero unico e molto versatile.
A tal proposito, il vostro gruppo di ricerca punta a rendere queste celle solari commerciali e alla portata di tutti e tutte, tra quanto pensi che accadrà?
Quello è il nostro principale obiettivo, e non siamo gli unici. È una tematica molto studiata nel mondo, soprattutto negli ultimi cinque anni sono nate moltissime startup che si sono interessate fortemente all’industrializzazione e alla commercializzazione di queste celle solari. Inizialmente il primo prodotto sul quale si punta sono celle che combinino silicio e perovskite.
Uno degli innumerevoli vantaggi delle perovskiti (in realtà non è un materiale, come il silicio, ma è una classe di materiali), è che cambiandone un po’ la composizione chimica è possibile modificare le sue proprietà di assorbimento. Questo consente che sia possibile combinarle con il silicio, in una maniera quasi complementare, e quindi di ottenere celle solari con un’efficienza di produzione dell’elettricità molto più alta di quelle realizzate solo in silicio. Per cui, i produttori di silicio sono i primi ad essere stati interessati a sviluppare questi strati molto sottili (in termini di spessore): una cella di perovskite è 200 volte più sottile di una di silicio.
Come è arrivata ad intraprendere questo tipo di ricerca? E perché proprio a Singapore?
Sono arrivata ad occuparmi di quest’ambito proprio perché credo che l’energia sia la base di tutto. L’accesso alle fonti energetiche è quello che può rivoluzionare le società: molti dei bilanci delle economie mondiali sono basati sulle risorse energetiche. A volte sono usate in modo non sostenibile e questo ha generato la crisi climatica che stiamo vivendo. Anche a livello più personale e privato, io penso che l’unico modo per cambiare la vita delle persone, marginalizzate o in condizioni di povertà, sia dare l’accesso all’energia, che devono essere economiche e rinnovabili. Questo è fondamentale perché ci smarcano dalla necessità dell’estrazione di materiali. Ciò che mi ha sempre spinta verso questo ambito è sicuramente un amore per il nostro pianeta, ma senza voler rinunciare ad un certo standard di vita, che non è un vizio, ma è quello che garantisce lo sviluppo della società. Per quanto riguarda Singapore, ho sempre amato viaggiare e l’ho fatto fin da giovanissima: ho studiato in Canada, Scozia, Stati Uniti e sono stata molte volte anche nel sud-est asiatico. Sono sempre stata molto aperta. Io credo che, soprattutto per quanto riguarda la scienza, sia necessario avere sempre nuove idee, per questo sono necessari stimoli continui. Sono una persona molto curiosa. Singapore è una paese in cui c’è stato un massiccio investimento in ricerca quando io mi sono trasferita quasi nove anni fa, in cui si cercava proprio di creare un hub internazionale. Quindi, mi è apparso un posto attrattivo. Inoltre, grazie ai miei viaggi, erano zone che già conoscevo. Probabilmente, se non avessi viaggiato così tanto, non avrei pensato seriamente di trasferirmi. Penso veramente che tutte le esperienze della vita contino.
Crede che la scienza abbia delle responsabilità etiche nell’affrontare la crisi climatica in corso e quella che ci aspetta nei prossimi anni? Qual è attualmente la situazione nel campo della produzione di energia?
La responsabilità della scienza è altissima. La ricerca scientifica è rivolta alla scoperta ed alla comprensione della natura sia rispondendo a domande fondamentali sia rimanendo anche al servizio delle problematiche globali del mondo.
La Comunità Europea sta investendo tantissimo nelle energie rinnovabili negli ultimi anni, specialmente nella ricerca sul fotovoltaico, idrogeno e nuove batterie. C’è un’attenzione completamente diversa rispetto a quindici anni fa. L’attenzione in Italia è in linea con la visione della comunità europea, dove la sostenibilità energetica è diventata una problematica centrale. Non solo per quanto riguarda la produzione di energia in sé, ma anche per ciò che concerne molti dei processi industriali che ora sono valutati in termini del loro impatto ambientale totale. Ad esempio, ad oggi, per molti progetti di ricerca, è richiesta una valutazione dell’impatto. Fattore assolutamente giusto che fino a poco tempo fa non veniva preso in considerazione. In questo senso, credo che la Comunità Europea stia facendo un eccellente lavoro, la mentalità sta cambiando, ma i veri risultati si vedranno a lungo termine.
È stato difficile diventare una scienziata essendo donna?
La risposta breve è sì. La risposta lunga è che innanzitutto è una questione di mentalità. La generazione in cui sono cresciuta io ha visto ancora pochi modelli femminili a cui ispirarsi; quindi, c’è un certo pregiudizio di cui spesso non ci rendiamo conto, nel pensare che certi luoghi e certi ruoli siano appannaggio degli uomini. Così, lo sforzo diventa doppio: dobbiamo prima pensare di poter accedere ad un ruolo e dopo percorrere la strada per effettivamente accedervi. Questo comporta anche una certa difficoltà a proporsi per certi ruoli e per certe situazioni. Bisogna sempre dimostrare di avere il diritto di essere lì un po’ più di un uomo, e talvolta va dimostrato un po’ con forza. La presenza di esempi e role model femminili per le bambine e le ragazze, è infatti fondamentale per poter visualizzare concretamente le loro possibilità. Tuttavia, sono felice di dire che la situazione sta cambiando molto, e anche velocemente. C’è già una visione diversa, ma c’è ancora molta strada da fare. Adesso c’è un’attenzione alla problematica che non c’era prima, il mio sguardo al futuro è molto positivo.
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