Quando il corpo umano diventa una centrale elettrica
Una giovane impresa innovativa svizzera ha sviluppato una tecnologia che trasforma il calore del corpo umano in elettricità. In futuro potremo caricare i nostri apparecchi con l'energia che produciamo naturalmente - e gratuitamente - ogni giorno?
Dimentichiamo per un attimo il solare, l’eolico, la biomassa o l’energia idroelettrica: e se le fonti rinnovabili del futuro fossero… gli esseri umani? Tutti sappiamo che il nostro corpo genera calore. Ce ne accorgiamo in particolare quando siamo a letto con la febbre o dopo uno sforzo fisico. È d’altronde questa capacità endotermica che ci distingue dai rettili e da altri animali a sangue freddo.
“Ogni giorno, un adulto rilascia in media tre kilowattora di energia, una quantità che potrebbe far funzionare un televisore a schermo LCD per 30 ore.”
Franco Membrini, Mithras
Meno risaputo è il fatto che il calore umano può essere raccolto e convertito in elettricità. L’idea non è nuova, ma è solo negli ultimi anni che la ricerca ha messo a punto dei dispositivi high-tech che si prestano ad applicazioni pratiche e al mercato di massa. Ad esempio, nel settore delle tecnologie indossabili (wearable technology), quali smartwatch e braccialetti per il fitness, e in ambito medico.
A volersi ritagliare uno spazio in questo mercato all’avanguardia c’è uno spin-off del Politecnico federale di Zurigo fondato nel 2018. “Ho sempre avuto il desiderio di creare qualcosa con un forte potenziale e mi sono interessato al settore tecnologico”, afferma a SWI swissinfo.ch Franco Membrini, fondatore e amministratore delegato di Mithras. Nonostante un master in storia, è stato incuriosito dalla possibilità di sfruttare il calore del corpo umano, intravvedendo sin dall’inizio “il grosso potenziale di questa forma di produzione di elettricità decentralizzata”.
10% dell’energia mondiale dal corpo umano
L’energia termica emanata in continuazione dal corpo umano corrisponde mediamente a quella di una lampadina da 100 Watt. “Ogni giorno, un adulto rilascia in media tre kilowattora di energia, una quantità che potrebbe far funzionare un televisore a schermo LCD per 30 ore”, spiega il giovane imprenditore, aggiungendo che il corpo umano è una centrale elettrica mobile che fornisce energia tramite il movimento e il calore.
Gran parte di quest’energia si disperde nell’ambiente circostante ed è proprio questo “spreco” che intende recuperare la giovane azienda con sede a Coira, nei Grigioni. Lo fa grazie a un generatore termoelettrico (TEG) che sfrutta la differenza di temperatura tra la superfice della pelle, attorno ai 32 gradi Celsius, e quella ambiente per produrre elettricità (effetto Seebeck). Il funzionamento è illustrato nel video seguente:
“Importante è la differenza di temperatura tra la superficie del corpo e l’ambiente circostante: più è grande, maggiore è la produzione di energia, indipendentemente dal fatto di trovarsi in una regione polare o nel deserto”, ci spiega Franco Membrini. “Basta una differenza di un grado per iniziare a produrre elettricità”.
Catturare tutta l’energia termica del corpo umano e convertirla in elettricità con un rendimento del 100% è ovviamente impossibile, puntualizza il 29enne. “I TEG rappresentano però una strategia promettente e il loro potenziale è enorme”. Stando ai calcoli di Mithras, il calore generato dagli oltre 7 miliardi di abitanti della Terra potrebbe fornire il 10% dell’energia consumata nel mondo.
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Dai trasmettitori a manovella alle scarpe che producono elettricità
L’idea non è nuova e ricercatori e ingegneri hanno provato a usare il corpo umano come fonte di energia rinnovabile sin dall’inizio del XX secolo, rammenta Franco Membrini, che fa l’esempio dei radiotrasmettitori a manovella utilizzati dagli anni Quaranta. I passi in avanti nel settore delle batterie hanno però relegato in secondo piano i sistemi alimentati dall’uomo.
Ora, grazie ai recenti sviluppi nella scienza dei materiali e nei dispositivi indossabili a bassa frequenza, l’energia prodotta dal nostro corpo è ritornata al centro dell’attenzione. “Con Mithras siamo partiti da una tecnologia esistente e l’abbiamo ottimizzata”, dice Membrini.
L’effetto Seebeck è noto da tempo, spiega a SWI swissinfo.ch René Rossi, direttore del laboratorio delle membrane biomimetiche e dei tessili dell’Empa (Laboratorio federale di prova dei materiali e di ricerca). “Ciò che finora ne ha limitato le applicazioni è l’efficacia dei sistemi. Se ora si riesce a passare dall’ordine dei milliwatt a quello di alcuni decimi di Watt, la cosa comincia a diventare interessante dal profilo commerciale”.
Attualmente, prosegue, la ricerca avanza in diverse direzioni. “Stiamo ad esempio sviluppando dei tessuti intelligenti che sfruttano l’energia solare. Altri gruppi di ricerca stanno tentando di recuperare l’energia meccanica e trasformarla in elettricità, integrando dei generatori nelle suole delle scarpe”.
L’effetto Seebeck consiste nella generazione di corrente in un circuito costituito da due materiali (metalli o semiconduttori) a temperature distinte.
Nel 1980, l’azienda Bulova ha lanciato sul mercato Thermatron, un orologio con movimento a calore corporeo sviluppato a Bienne (Canton Berna). La sua produzione è poi stata abbandonata causa di problemi tecnici.
Nel 2009, un ingegnere del Politecnico federale di Zurigo, Wulf Glatz, ha vinto lo Swisselectric Research Award per aver messo a punto un generatore termoelettrico che sfrutta la differenza di temperatura tra l’aria e una fonte di calore.
Nel 2013, in occasione di un festival di musica rock, la compagnia di telecomunicazioni Vodafone e l’Università di Southampton hanno presentato un sacco a pelo in grado di sfruttare il calore umano per ricaricare la batteria del cellulare.
I generatori termoelettrici sono utilizzati anche nello spazio. Hanno alimentato le sonde spaziali Voyager e Galileo e un dispositivo di ultima generazione è stato montato sul rover Perseverance, di recente atterrato su Marte.
In carica anche quando si dorme
Mithras sta lavorando su due concetti: un braccialetto TEG da indossare al polso che può essere usato per caricare apparecchi mobili e una soluzione integrata in cui il generatore termoelettrico è inserito direttamente nel dispositivo e collegato alla sua batteria. L’unico prerequisito per la produzione di elettricità è che il dispositivo sia a contatto con il corpo, sottolinea Franco Membrini. “Non conta se si stia bevendo un caffè, facendo un’attività fisica o dormendo: la batteria si carica da sola”.
L’azienda elvetica conta al momento sei collaboratori e vuole concentrarsi innanzitutto sui dispositivi medici, dato il loro basso consumo energetico. “Vorremmo che le pompe di insulina, gli apparecchi acustici o i biosensori che monitorano la temperatura corporea e le funzioni vitali siano autonomi dal profilo energetico”, afferma Membrini. In questo modo, si potranno evitare le problematiche legate a un malfunzionamento delle batterie e le possibili complicazioni di un intervento chirurgico per la loro sostituzione.
Una possibile applicazione sono anche i telefoni cellulari, anche se per ora non sono tra le priorità di Mithras. “Uno smartphone consuma troppa energia rispetto alla nostra soluzione. Potremmo al massimo prolungare la durata della batteria”, puntualizza Membrini.
Vincitrice dell’ultima edizione di Swisstech Pitchinar, una competizione tra start-up svizzere che puntano al mercato cinese, Mithras prevede di lanciare il suo primo prodotto – un biosensore per il monitoraggio delle funzioni vitali – entro la fine dell’anno.
“Siamo in contatto con alcune grosse aziende internazionali attive nel settore delle tecnologie mediche”, dice Membrini. “Si tratterà del primo dispositivo di questo tipo a funzionare esclusivamente con il calore del corpo”.
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