Dall’applicazione in cardiochirurgia a un satellite in orbita, queste tecnologie potrebbero cambiare il modo in cui pensiamo all’energia.
L’idea di una batteria capace di funzionare per decenni senza bisogno di ricariche sembra appartenere più alla fantascienza che alla realtà. Eppure, diversi gruppi di ricerca stanno portando avanti progetti concreti che aprono la strada a una nuova generazione di dispositivi energetici. Si tratta di micro-batterie nucleari, sistemi che non si basano su reazioni chimiche come le comuni batterie agli ioni di litio, ma sul decadimento radioattivo di alcuni isotopi. Questa caratteristica le rende potenzialmente in grado di fornire energia stabile e duratura per anni, persino secoli.
L’americio che illumina di verde
Un primo importante passo avanti arriva dalla Cina, dove Shuao Wang e il suo team all’Università di Soochow hanno progettato una batteria nucleare alimentata dall’americio, un elemento normalmente considerato scoria radioattiva. L’americio emette particelle alfa, molto energetiche ma difficili da sfruttare, perché si disperdono velocemente nell’ambiente circostante. I ricercatori hanno trovato una soluzione ingegnosa: inserire l’isotopo in un cristallo polimerico che trasforma questa energia in una luce verde brillante e stabile.
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Una sottile cella fotovoltaica converte poi la luce in elettricità, racchiudendo il tutto in una cella di quarzo grande pochi millimetri. Dopo oltre 200 ore di test, la batteria ha prodotto elettricità in modo costante e con un’efficienza mai raggiunta prima, migliorata di un fattore 8000 rispetto ai modelli precedenti. Considerando che l’americio ha un’emivita, ovvero il tempo necessario affinché la concentrazione di una sostanza nell’organismo si riduca del 50%, di 7.380 anni, la durata stimata di questi dispositivi potrebbe raggiungere diversi decenni, limitata soltanto dal degrado dei materiali che li compongono.
La scommessa del radiocarbonio
Parallelamente, un altro fronte di ricerca si sta sviluppando in Corea del Sud. Il gruppo guidato da Su-Il In, del Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology, ha presentato al congresso dell’American Chemical Society una batteria betavoltaica che sfrutta il carbonio-14, meglio conosciuto come radiocarbonio. Anche in questo caso il principio è semplice: l’isotopo emette particelle beta, elettroni ad alta energia che, opportunamente convogliati, possono generare elettricità.
Il dispositivo utilizza un semiconduttore a base di biossido di titanio sensibilizzato con un colorante a base di rutenio. Quando le particelle beta colpiscono la struttura, viene innescata una vera e propria “valanga di elettroni” che produce corrente. La novità sta nell’inserire il radiocarbonio sia nel catodo che nell’anodo (i due elettrodi): in questo modo l’efficienza è salita fino al 2,86%, un progresso notevole rispetto allo 0,48% dei prototipi precedenti.
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Sicurezza e impatto ambientale
Parlare di batterie nucleari può suscitare timori legati alle radiazioni, ma i ricercatori sottolineano come queste tecnologie siano progettate per essere intrinsecamente sicure. Le particelle beta emesse dal carbonio-14, ad esempio, sono facilmente schermabili con un sottile foglio di alluminio. Al contrario delle batterie agli ioni di litio, che possono incendiarsi o esplodere, le micro-batterie nucleari non contengono materiali infiammabili e non presentano fenomeni di runaway termico, si genera più calore di quello che si può dissipare creando reazioni a catena.
Dal punto di vista ambientale, il confronto è altrettanto interessante. La produzione di batterie al litio comporta un forte impatto ecologico, richiedendo grandi quantità di acqua ed energia, oltre a causare problemi legati allo smaltimento. Al contrario, isotopi come l’americio e il radiocarbonio sono sottoprodotti delle centrali nucleari: utilizzarli per produrre energia significherebbe trasformare una scoria pericolosa in una risorsa utile.
Limiti di potenza e di utilizzo
Se la durata nel tempo rappresenta il principale punto di forza, la potenza disponibile resta invece un limite. Per dare un’idea, il prototipo cinese a base di americio, pur essendo molto più efficiente dei predecessori, produce ancora una quantità di energia minuscola. Per alimentare una semplice lampadina da 60 watt sarebbero necessarie decine di miliardi di queste micro-batterie. Anche il prototipo coreano, pur con i progressi nell’efficienza, riesce a erogare appena lo 0,4% della potenza richiesta da una calcolatrice tascabile.
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Le prospettive applicative, tuttavia, non mancano. I ricercatori immaginano un futuro in cui queste batterie potranno alimentare sensori miniaturizzati in ambienti estremi, dalle profondità oceaniche alle missioni spaziali, fino a stazioni di monitoraggio in regioni isolate. Ma il campo più promettente è forse quello biomedicale: un pacemaker alimentato con una batteria nucleare potrebbe durare per tutta la vita di un paziente, eliminando la necessità di interventi chirurgici periodici per sostituirlo.
Una nuova percezione del nucleare
Negli ultimi anni, con la crescente urgenza della crisi climatica, anche la percezione dell’energia nucleare sta cambiando. Da tecnologia associata esclusivamente a grandi centrali, rischi e scorie, oggi si apre alla possibilità di applicazioni sicure, decentralizzate e su piccola scala. Aziende come Betavolt e Arkenlight stanno già investendo su batterie nucleari basate su isotopi diversi, come il nichel-63 o il carbonio-14, con l’obiettivo di raggiungere la produzione industriale.
Le batterie nucleari non sono pronte a sostituire quelle agli ioni di litio nei telefoni o nei computer portatili, ma potrebbero diventare un tassello fondamentale nella transizione energetica, soprattutto in quei settori dove la continuità e l’affidabilità dell’alimentazione sono più importanti della potenza. Dal cuore di un paziente a un satellite in orbita, queste tecnologie potrebbero cambiare il modo in cui pensiamo all’energia: non più solo un problema di ricarica, ma un compagno silenzioso e duraturo, destinato ad accompagnarci per decenni.
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