Dai marciapiedi alle piazze pubbliche, le pavimentazioni piezoelettriche trasformano ogni passo in una risorsa energetica sostenibile, aprendo nuove strade alla microgenerazione urbana.
Le pavimentazioni piezoelettriche sono un’innovativa soluzione tecnologica che sfrutta l’energia prodotta dal movimento umano per generare energia elettrica. Questo processo avviene tramite l’effetto piezoelettrico, che converte le sollecitazioni meccaniche in energia. Le applicazioni di queste pavimentazioni spaziano dal contesto urbano all’architettura sostenibile, promettendo di rivoluzionare il modo in cui consumiamo energia nelle città. Scopriamo quindi il funzionamento di questa tecnologia, le sue applicazioni, i limiti attuali e le prospettive future in Italia e nel mondo.
Cos’è l’effetto piezoelettrico e come viene sfruttato
L’effetto piezoelettrico è un fenomeno fisico che si verifica in determinati materiali, come il quarzo e alcuni polimeri, quando vengono sottoposti a una pressione o a una sollecitazione meccanica. Questo avviene perché la loro struttura ionica asimmetrica crea piccoli campi elettrici interni (dipoli), che cambiano quando il materiale viene compresso o stirato, producendo una differenza di potenziale e quindi corrente elettrica. Nel caso delle pavimentazioni piezoelettriche, vengono utilizzati materiali che convertono la pressione esercitata dai passi in energia elettrica. Si tratta di un processo di microgenerazione elettrica che ha il grande vantaggio di essere alimentato da attività quotidiane come camminare, ballare o semplicemente passeggiare su una superficie.
La generazione piezoelettrica si basa su pavimenti composti da piastrelle o moduli che, quando compressi dal peso di una persona, producono una piccola quantità di energia. Sebbene l’energia prodotta dai passi sia modesta, la somma di tante persone che camminano su di essi può generare una quantità di elettricità sufficiente per alimentare piccole apparecchiature, come luci LED o sistemi di monitoraggio. L’energia prodotta può essere utilizzata immediatamente o accumulata in batterie per un utilizzo successivo.
Applicazioni in ambito urbano e architettonico
Le pavimentazioni smart piezoelettriche hanno trovato applicazioni principalmente in spazi ad alta densità di persone. Sono state installate in luoghi come stazioni della metropolitana, aeroporti, centri commerciali, musei e piazze pubbliche. In queste aree, il traffico pedonale costante garantisce un flusso continuo di energia prodotta dai passi.
Una delle principali applicazioni di queste pavimentazioni è l’alimentazione di illuminazione pubblica. Luci stradali a LED, cartelloni pubblicitari e semafori possono essere alimentati tramite l’energia raccolta dalla pavimentazione smart, riducendo la necessità di energia proveniente da fonti tradizionali.
Inoltre, queste pavimentazioni sono ideali per migliorare l’efficienza energetica degli edifici, integrando la microgenerazione nelle strutture architettoniche. Per esempio, in ambienti chiusi come centri commerciali o aeroporti, l’energia prodotta dai passi potrebbe alimentare dispositivi di ricarica per cellulari o piccole apparecchiature elettroniche, creando un ambiente più sostenibile.
Sistemi di monitoraggio e uso in tempo reale
Un aspetto fondamentale per ottimizzare l’uso delle pavimentazioni piezoelettriche è la possibilità di monitorare in tempo reale la produzione e il consumo di energia. I sistemi di monitoraggio integrano sensori che rilevano la quantità di energia generata e la direzionano verso i dispositivi che ne necessitano. Questo approccio garantisce che l’energia prodotta venga utilizzata al momento giusto, senza sprechi.
Inoltre, l’energia accumulata nelle batterie può essere stoccata per usi futuri, come l’alimentazione di illuminazione notturna o altre apparecchiature che richiedono una fornitura continua di energia. I sistemi avanzati permettono di gestire in modo intelligente il flusso energetico, contribuendo a ridurre i costi e aumentando l’efficienza complessiva del sistema.
Limiti attuali e prospettive future
Nonostante i numerosi vantaggi, le pavimentazioni piezoelettriche presentano alcune limitazioni che ne limitano l’adozione su larga scala. La principale di queste è la quantità di energia che può essere generata da ciascun passo. Mentre il potenziale complessivo può essere significativo in aree con un elevato traffico pedonale, in contesti meno affollati la produzione di energia risulta più contenuta.
Costo e durata nel tempo
Il costo di produzione e installazione delle pavimentazioni piezoelettriche rimane elevato, principalmente a causa dei materiali avanzati e della tecnologia di raccolta dell’energia necessaria. Sebbene i costi siano destinati a diminuire con il tempo e con l’aumento della produzione, per ora questi pavimenti rappresentano un investimento significativo.
Anche la durata nel tempo delle pavimentazioni piezoelettriche dipende dalla qualità dei materiali utilizzati. La resistenza all’usura e la necessità di manutenzione periodica sono fattori che possono influire sulla sostenibilità economica della tecnologia. Tuttavia, i progressi nella ricerca sui materiali piezoelettrici potrebbero portare a soluzioni più durature e meno costose in futuro.
Esempi in Italia e nel mondo
A livello mondiale, uno degli esempi più noti è Pavegen, che ha installato pavimentazioni piezoelettriche in vari luoghi pubblici, tra cui piazze e scuole, in diverse città. Pavegen è un’azienda britannica fondata nel 2009 da Laurence Kemball-Cook, specializzata nello sviluppo di pavimentazioni intelligenti che convertono l’energia cinetica dei passi in elettricità e dati. Le piastrelle Pavegen utilizzano una combinazione di piezoelettricità ed elettromagnetismo per generare energia ogni volta che vengono calpestate. La versione più recente, denominata V3. Questa presenta una forma triangolare che massimizza l’efficienza energetica, permettendo di generare fino a 5 watt per passo, sufficienti ad alimentare un LED per circa 70 secondi.
Oltre alla produzione di energia, le piastrelle raccolgono dati in tempo reale sul flusso pedonale, offrendo preziose informazioni per la gestione degli spazi urbani e delle attività commerciali. Pavegen ha realizzato oltre 300 installazioni in 37 Paesi. Inoltre ha collaborato con marchi globali come Google, Adidas e Coca-Cola, e partecipando a eventi di rilievo come le Olimpiadi di Londra 2012.
All’aeroporto internazionale di Abu Dhabi è stato installato un percorso di 16 metri quadrati tra i terminal 1 e 3, dotato di piastrelle piezoelettriche sviluppate da Pavegen. Questo sistema cattura l’energia cinetica generata dai passi di circa 8.000 viaggiatori al giorno. In seguito la converte in elettricità per alimentare l’illuminazione a LED lungo il percorso e fornire dati sul flusso pedonale. L’installazione include anche schermi e un’interfaccia ludica per coinvolgere i passeggeri e sensibilizzarli sull’uso di energie rinnovabili.
Il Club Surya di Londra produce circa il 60% della sua energia elettrica grazie ai salti dei clienti. Come? Grazie a un pavimento composto da materiali piezoelettrici che trasformano l’energia cinetica in energia elettrica, accumulata in batterie e usata per alimentare il locale.
Nel quartiere Morro da Mineira di Rio de Janeiro è stato realizzato il primo campo da calcio al mondo alimentato dall’energia dei giocatori. Sotto il manto erboso sintetico sono state installate 200 piastrelle piezoelettriche che raccolgono l’energia cinetica prodotta durante il gioco. Questa energia, combinata con quella generata da pannelli solari installati nelle vicinanze, alimenta i riflettori del campo. In questo modo i giovani della comunità possono giocare anche di sera. Il progetto, inaugurato nel 2014 con il supporto di Shell e la partecipazione di Pelé, mira a promuovere l’uso di energie alternative e a sensibilizzare le nuove generazioni sull’importanza della sostenibilità.
In Giappone la tecnologia piezoelettrica viene sperimentata in diversi contesti per trasformare l’energia prodotta dai passi dei pedoni e dai veicoli in elettricità, con l’obiettivo di alimentare parte delle città. Un esempio emblematico è la stazione di Shibuya a Tokyo dove, sin dal 2008, sono stati installati pannelli piezoelettrici all’ingresso. Questi pannelli generano elettricità ogni volta che qualcuno vi cammina sopra, alimentando display LED e altre apparecchiature a basso consumo energetico. Con un flusso giornaliero di circa 2,4 milioni di persone, l’energia cumulativa prodotta è significativa. Anche l’aeroporto di Narita ha adottato questa tecnologia, sfruttando il continuo passaggio dei viaggiatori per generare energia elettrica. Durante eventi di massa, come festival, il Giappone ha implementato superfici piezoelettriche temporanee per alimentare apparecchiature audio o luci, riducendo l’uso di generatori tradizionali e l’impatto ambientale.
In Italia, il Green Pea di Torino rappresenta un esempio di integrazione della tecnologia piezoelettrica in un contesto commerciale. In questo centro dedicato alla sostenibilità, Enel X ha installato pavimenti piezoelettrici in corrispondenza degli ingressi di ogni piano. Camminando su queste piastrelle, i visitatori generano energia elettrica utilizzata per le attività del centro. Display informativi mostrano in tempo reale la quantità di energia prodotta collettivamente. Nel Green Pea Discovery Museum, una versione speciale del pavimento permette ai visitatori di interagire con un videogioco controllato esclusivamente dai loro passi, offrendo un’esperienza educativa sull’energia rinnovabile.
Nel complesso, le pavimentazioni piezoelettriche rappresentano una promettente innovazione nel campo della sostenibilità urbana. Ma è necessaria una continua ricerca per superarne le limitazioni attuali e renderle una risorsa energetica quotidiana per tutti.
